mm/vmalloc.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  *  Copyright (C) 1993  Linus Torvalds
   4  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
   5  *  SMP-safe vmalloc/vfree/ioremap, Tigran Aivazian <tigran@veritas.com>, May 2000
   6  *  Major rework to support vmap/vunmap, Christoph Hellwig, SGI, August 2002
   7  *  Numa awareness, Christoph Lameter, SGI, June 2005
   8  *  Improving global KVA allocator, Uladzislau Rezki, Sony, May 2019
   9  */
  10
  11 #include <linux/vmalloc.h>
  12 #include <linux/mm.h>
  13 #include <linux/module.h>
  14 #include <linux/highmem.h>
  15 #include <linux/sched/signal.h>
  16 #include <linux/slab.h>
  17 #include <linux/spinlock.h>
  18 #include <linux/interrupt.h>
  19 #include <linux/proc_fs.h>
  20 #include <linux/seq_file.h>
  21 #include <linux/set_memory.h>
  22 #include <linux/debugobjects.h>
  23 #include <linux/kallsyms.h>
  24 #include <linux/list.h>
  25 #include <linux/notifier.h>
  26 #include <linux/rbtree.h>
  27 #include <linux/xarray.h>
  28 #include <linux/io.h>
  29 #include <linux/rcupdate.h>
  30 #include <linux/pfn.h>
  31 #include <linux/kmemleak.h>
  32 #include <linux/atomic.h>
  33 #include <linux/compiler.h>
  34 #include <linux/memcontrol.h>
  35 #include <linux/llist.h>
  36 #include <linux/uio.h>
  37 #include <linux/bitops.h>
  38 #include <linux/rbtree_augmented.h>
  39 #include <linux/overflow.h>
  40 #include <linux/pgtable.h>
  41 #include <linux/hugetlb.h>
  42 #include <linux/sched/mm.h>
  43 #include <asm/tlbflush.h>
  44 #include <asm/shmparam.h>
  45
  46 #define CREATE_TRACE_POINTS
  47 #include <trace/events/vmalloc.h>
  48
  49 #include "internal.h"
  50 #include "pgalloc-track.h"
  51
  52 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP
  53 static unsigned int __ro_after_init ioremap_max_page_shift = BITS_PER_LONG - 1;
  54
  55 static int __init set_nohugeiomap(char *str)
  56 {
  57         ioremap_max_page_shift = PAGE_SHIFT;
  58         return 0;
  59 }
  60 early_param("nohugeiomap", set_nohugeiomap);
  61 #else /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP */
  62 static const unsigned int ioremap_max_page_shift = PAGE_SHIFT;
  63 #endif  /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP */
  64
  65 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC
  66 static bool __ro_after_init vmap_allow_huge = true;
  67
  68 static int __init set_nohugevmalloc(char *str)
  69 {
  70         vmap_allow_huge = false;
  71         return 0;
  72 }
  73 early_param("nohugevmalloc", set_nohugevmalloc);
  74 #else /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC */
  75 static const bool vmap_allow_huge = false;
  76 #endif  /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC */
  77
  78 bool is_vmalloc_addr(const void *x)
  79 {
  80         unsigned long addr = (unsigned long)kasan_reset_tag(x);
  81
  82         return addr >= VMALLOC_START && addr < VMALLOC_END;
  83 }
  84 EXPORT_SYMBOL(is_vmalloc_addr);
  85
  86 struct vfree_deferred {
  87         struct llist_head list;
  88         struct work_struct wq;
  89 };
  90 static DEFINE_PER_CPU(struct vfree_deferred, vfree_deferred);
  91
  92 /*** Page table manipulation functions ***/
  93 static int vmap_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
  94                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
  95                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
  96 {
  97         pte_t *pte;
  98         u64 pfn;
  99         unsigned long size = PAGE_SIZE;
 100
 101         pfn = phys_addr >> PAGE_SHIFT;
 102         pte = pte_alloc_kernel_track(pmd, addr, mask);
 103         if (!pte)
 104                 return -ENOMEM;
 105         do {
 106                 BUG_ON(!pte_none(ptep_get(pte)));
 107
 108 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 109                 size = arch_vmap_pte_range_map_size(addr, end, pfn, max_page_shift);
 110                 if (size != PAGE_SIZE) {
 111                         pte_t entry = pfn_pte(pfn, prot);
 112
 113                         entry = arch_make_huge_pte(entry, ilog2(size), 0);
 114                         set_huge_pte_at(&init_mm, addr, pte, entry, size);
 115                         pfn += PFN_DOWN(size);
 116                         continue;
 117                 }
 118 #endif
 119                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, pfn_pte(pfn, prot));
 120                 pfn++;
 121         } while (pte += PFN_DOWN(size), addr += size, addr != end);
 122         *mask |= PGTBL_PTE_MODIFIED;
 123         return 0;
 124 }
 125
 126 static int vmap_try_huge_pmd(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
 127                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 128                         unsigned int max_page_shift)
 129 {
 130         if (max_page_shift < PMD_SHIFT)
 131                 return 0;
 132
 133         if (!arch_vmap_pmd_supported(prot))
 134                 return 0;
 135
 136         if ((end - addr) != PMD_SIZE)
 137                 return 0;
 138
 139         if (!IS_ALIGNED(addr, PMD_SIZE))
 140                 return 0;
 141
 142         if (!IS_ALIGNED(phys_addr, PMD_SIZE))
 143                 return 0;
 144
 145         if (pmd_present(*pmd) && !pmd_free_pte_page(pmd, addr))
 146                 return 0;
 147
 148         return pmd_set_huge(pmd, phys_addr, prot);
 149 }
 150
 151 static int vmap_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end,
 152                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 153                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
 154 {
 155         pmd_t *pmd;
 156         unsigned long next;
 157
 158         pmd = pmd_alloc_track(&init_mm, pud, addr, mask);
 159         if (!pmd)
 160                 return -ENOMEM;
 161         do {
 162                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 163
 164                 if (vmap_try_huge_pmd(pmd, addr, next, phys_addr, prot,
 165                                         max_page_shift)) {
 166                         *mask |= PGTBL_PMD_MODIFIED;
 167                         continue;
 168                 }
 169
 170                 if (vmap_pte_range(pmd, addr, next, phys_addr, prot, max_page_shift, mask))
 171                         return -ENOMEM;
 172         } while (pmd++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 173         return 0;
 174 }
 175
 176 static int vmap_try_huge_pud(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end,
 177                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 178                         unsigned int max_page_shift)
 179 {
 180         if (max_page_shift < PUD_SHIFT)
 181                 return 0;
 182
 183         if (!arch_vmap_pud_supported(prot))
 184                 return 0;
 185
 186         if ((end - addr) != PUD_SIZE)
 187                 return 0;
 188
 189         if (!IS_ALIGNED(addr, PUD_SIZE))
 190                 return 0;
 191
 192         if (!IS_ALIGNED(phys_addr, PUD_SIZE))
 193                 return 0;
 194
 195         if (pud_present(*pud) && !pud_free_pmd_page(pud, addr))
 196                 return 0;
 197
 198         return pud_set_huge(pud, phys_addr, prot);
 199 }
 200
 201 static int vmap_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
 202                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 203                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
 204 {
 205         pud_t *pud;
 206         unsigned long next;
 207
 208         pud = pud_alloc_track(&init_mm, p4d, addr, mask);
 209         if (!pud)
 210                 return -ENOMEM;
 211         do {
 212                 next = pud_addr_end(addr, end);
 213
 214                 if (vmap_try_huge_pud(pud, addr, next, phys_addr, prot,
 215                                         max_page_shift)) {
 216                         *mask |= PGTBL_PUD_MODIFIED;
 217                         continue;
 218                 }
 219
 220                 if (vmap_pmd_range(pud, addr, next, phys_addr, prot,
 221                                         max_page_shift, mask))
 222                         return -ENOMEM;
 223         } while (pud++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 224         return 0;
 225 }
 226
 227 static int vmap_try_huge_p4d(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
 228                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 229                         unsigned int max_page_shift)
 230 {
 231         if (max_page_shift < P4D_SHIFT)
 232                 return 0;
 233
 234         if (!arch_vmap_p4d_supported(prot))
 235                 return 0;
 236
 237         if ((end - addr) != P4D_SIZE)
 238                 return 0;
 239
 240         if (!IS_ALIGNED(addr, P4D_SIZE))
 241                 return 0;
 242
 243         if (!IS_ALIGNED(phys_addr, P4D_SIZE))
 244                 return 0;
 245
 246         if (p4d_present(*p4d) && !p4d_free_pud_page(p4d, addr))
 247                 return 0;
 248
 249         return p4d_set_huge(p4d, phys_addr, prot);
 250 }
 251
 252 static int vmap_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr, unsigned long end,
 253                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 254                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
 255 {
 256         p4d_t *p4d;
 257         unsigned long next;
 258
 259         p4d = p4d_alloc_track(&init_mm, pgd, addr, mask);
 260         if (!p4d)
 261                 return -ENOMEM;
 262         do {
 263                 next = p4d_addr_end(addr, end);
 264
 265                 if (vmap_try_huge_p4d(p4d, addr, next, phys_addr, prot,
 266                                         max_page_shift)) {
 267                         *mask |= PGTBL_P4D_MODIFIED;
 268                         continue;
 269                 }
 270
 271                 if (vmap_pud_range(p4d, addr, next, phys_addr, prot,
 272                                         max_page_shift, mask))
 273                         return -ENOMEM;
 274         } while (p4d++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 275         return 0;
 276 }
 277
 278 static int vmap_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
 279                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 280                         unsigned int max_page_shift)
 281 {
 282         pgd_t *pgd;
 283         unsigned long start;
 284         unsigned long next;
 285         int err;
 286         pgtbl_mod_mask mask = 0;
 287
 288         might_sleep();
 289         BUG_ON(addr >= end);
 290
 291         start = addr;
 292         pgd = pgd_offset_k(addr);
 293         do {
 294                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 295                 err = vmap_p4d_range(pgd, addr, next, phys_addr, prot,
 296                                         max_page_shift, &mask);
 297                 if (err)
 298                         break;
 299         } while (pgd++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 300
 301         if (mask & ARCH_PAGE_TABLE_SYNC_MASK)
 302                 arch_sync_kernel_mappings(start, end);
 303
 304         return err;
 305 }
 306
 307 int vmap_page_range(unsigned long addr, unsigned long end,
 308                     phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot)
 309 {
 310         int err;
 311
 312         err = vmap_range_noflush(addr, end, phys_addr, pgprot_nx(prot),
 313                                  ioremap_max_page_shift);
 314         flush_cache_vmap(addr, end);
 315         if (!err)
 316                 err = kmsan_ioremap_page_range(addr, end, phys_addr, prot,
 317                                                ioremap_max_page_shift);
 318         return err;
 319 }
 320
 321 int ioremap_page_range(unsigned long addr, unsigned long end,
 322                 phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot)
 323 {
 324         struct vm_struct *area;
 325
 326         area = find_vm_area((void *)addr);
 327         if (!area || !(area->flags & VM_IOREMAP)) {
 328                 WARN_ONCE(1, "vm_area at addr %lx is not marked as VM_IOREMAP\n", addr);
 329                 return -EINVAL;
 330         }
 331         if (addr != (unsigned long)area->addr ||
 332             (void *)end != area->addr + get_vm_area_size(area)) {
 333                 WARN_ONCE(1, "ioremap request [%lx,%lx) doesn't match vm_area [%lx, %lx)\n",
 334                           addr, end, (long)area->addr,
 335                           (long)area->addr + get_vm_area_size(area));
 336                 return -ERANGE;
 337         }
 338         return vmap_page_range(addr, end, phys_addr, prot);
 339 }
 340
 341 static void vunmap_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
 342                              pgtbl_mod_mask *mask)
 343 {
 344         pte_t *pte;
 345
 346         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 347         do {
 348                 pte_t ptent = ptep_get_and_clear(&init_mm, addr, pte);
 349                 WARN_ON(!pte_none(ptent) && !pte_present(ptent));
 350         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 351         *mask |= PGTBL_PTE_MODIFIED;
 352 }
 353
 354 static void vunmap_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end,
 355                              pgtbl_mod_mask *mask)
 356 {
 357         pmd_t *pmd;
 358         unsigned long next;
 359         int cleared;
 360
 361         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 362         do {
 363                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 364
 365                 cleared = pmd_clear_huge(pmd);
 366                 if (cleared || pmd_bad(*pmd))
 367                         *mask |= PGTBL_PMD_MODIFIED;
 368
 369                 if (cleared)
 370                         continue;
 371                 if (pmd_none_or_clear_bad(pmd))
 372                         continue;
 373                 vunmap_pte_range(pmd, addr, next, mask);
 374
 375                 cond_resched();
 376         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
 377 }
 378
 379 static void vunmap_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
 380                              pgtbl_mod_mask *mask)
 381 {
 382         pud_t *pud;
 383         unsigned long next;
 384         int cleared;
 385
 386         pud = pud_offset(p4d, addr);
 387         do {
 388                 next = pud_addr_end(addr, end);
 389
 390                 cleared = pud_clear_huge(pud);
 391                 if (cleared || pud_bad(*pud))
 392                         *mask |= PGTBL_PUD_MODIFIED;
 393
 394                 if (cleared)
 395                         continue;
 396                 if (pud_none_or_clear_bad(pud))
 397                         continue;
 398                 vunmap_pmd_range(pud, addr, next, mask);
 399         } while (pud++, addr = next, addr != end);
 400 }
 401
 402 static void vunmap_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr, unsigned long end,
 403                              pgtbl_mod_mask *mask)
 404 {
 405         p4d_t *p4d;
 406         unsigned long next;
 407
 408         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 409         do {
 410                 next = p4d_addr_end(addr, end);
 411
 412                 p4d_clear_huge(p4d);
 413                 if (p4d_bad(*p4d))
 414                         *mask |= PGTBL_P4D_MODIFIED;
 415
 416                 if (p4d_none_or_clear_bad(p4d))
 417                         continue;
 418                 vunmap_pud_range(p4d, addr, next, mask);
 419         } while (p4d++, addr = next, addr != end);
 420 }
 421
 422 /*
 423  * vunmap_range_noflush is similar to vunmap_range, but does not
 424  * flush caches or TLBs.
 425  *
 426  * The caller is responsible for calling flush_cache_vmap() before calling
 427  * this function, and flush_tlb_kernel_range after it has returned
 428  * successfully (and before the addresses are expected to cause a page fault
 429  * or be re-mapped for something else, if TLB flushes are being delayed or
 430  * coalesced).
 431  *
 432  * This is an internal function only. Do not use outside mm/.
 433  */
 434 void __vunmap_range_noflush(unsigned long start, unsigned long end)
 435 {
 436         unsigned long next;
 437         pgd_t *pgd;
 438         unsigned long addr = start;
 439         pgtbl_mod_mask mask = 0;
 440
 441         BUG_ON(addr >= end);
 442         pgd = pgd_offset_k(addr);
 443         do {
 444                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 445                 if (pgd_bad(*pgd))
 446                         mask |= PGTBL_PGD_MODIFIED;
 447                 if (pgd_none_or_clear_bad(pgd))
 448                         continue;
 449                 vunmap_p4d_range(pgd, addr, next, &mask);
 450         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
 451
 452         if (mask & ARCH_PAGE_TABLE_SYNC_MASK)
 453                 arch_sync_kernel_mappings(start, end);
 454 }
 455
 456 void vunmap_range_noflush(unsigned long start, unsigned long end)
 457 {
 458         kmsan_vunmap_range_noflush(start, end);
 459         __vunmap_range_noflush(start, end);
 460 }
 461
 462 /**
 463  * vunmap_range - unmap kernel virtual addresses
 464  * @addr: start of the VM area to unmap
 465  * @end: end of the VM area to unmap (non-inclusive)
 466  *
 467  * Clears any present PTEs in the virtual address range, flushes TLBs and
 468  * caches. Any subsequent access to the address before it has been re-mapped
 469  * is a kernel bug.
 470  */
 471 void vunmap_range(unsigned long addr, unsigned long end)
 472 {
 473         flush_cache_vunmap(addr, end);
 474         vunmap_range_noflush(addr, end);
 475         flush_tlb_kernel_range(addr, end);
 476 }
 477
 478 static int vmap_pages_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
 479                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 480                 pgtbl_mod_mask *mask)
 481 {
 482         pte_t *pte;
 483
 484         /*
 485          * nr is a running index into the array which helps higher level
 486          * callers keep track of where we're up to.
 487          */
 488
 489         pte = pte_alloc_kernel_track(pmd, addr, mask);
 490         if (!pte)
 491                 return -ENOMEM;
 492         do {
 493                 struct page *page = pages[*nr];
 494
 495                 if (WARN_ON(!pte_none(ptep_get(pte))))
 496                         return -EBUSY;
 497                 if (WARN_ON(!page))
 498                         return -ENOMEM;
 499                 if (WARN_ON(!pfn_valid(page_to_pfn(page))))
 500                         return -EINVAL;
 501
 502                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, mk_pte(page, prot));
 503                 (*nr)++;
 504         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 505         *mask |= PGTBL_PTE_MODIFIED;
 506         return 0;
 507 }
 508
 509 static int vmap_pages_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr,
 510                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 511                 pgtbl_mod_mask *mask)
 512 {
 513         pmd_t *pmd;
 514         unsigned long next;
 515
 516         pmd = pmd_alloc_track(&init_mm, pud, addr, mask);
 517         if (!pmd)
 518                 return -ENOMEM;
 519         do {
 520                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 521                 if (vmap_pages_pte_range(pmd, addr, next, prot, pages, nr, mask))
 522                         return -ENOMEM;
 523         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
 524         return 0;
 525 }
 526
 527 static int vmap_pages_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr,
 528                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 529                 pgtbl_mod_mask *mask)
 530 {
 531         pud_t *pud;
 532         unsigned long next;
 533
 534         pud = pud_alloc_track(&init_mm, p4d, addr, mask);
 535         if (!pud)
 536                 return -ENOMEM;
 537         do {
 538                 next = pud_addr_end(addr, end);
 539                 if (vmap_pages_pmd_range(pud, addr, next, prot, pages, nr, mask))
 540                         return -ENOMEM;
 541         } while (pud++, addr = next, addr != end);
 542         return 0;
 543 }
 544
 545 static int vmap_pages_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr,
 546                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 547                 pgtbl_mod_mask *mask)
 548 {
 549         p4d_t *p4d;
 550         unsigned long next;
 551
 552         p4d = p4d_alloc_track(&init_mm, pgd, addr, mask);
 553         if (!p4d)
 554                 return -ENOMEM;
 555         do {
 556                 next = p4d_addr_end(addr, end);
 557                 if (vmap_pages_pud_range(p4d, addr, next, prot, pages, nr, mask))
 558                         return -ENOMEM;
 559         } while (p4d++, addr = next, addr != end);
 560         return 0;
 561 }
 562
 563 static int vmap_small_pages_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
 564                 pgprot_t prot, struct page **pages)
 565 {
 566         unsigned long start = addr;
 567         pgd_t *pgd;
 568         unsigned long next;
 569         int err = 0;
 570         int nr = 0;
 571         pgtbl_mod_mask mask = 0;
 572
 573         BUG_ON(addr >= end);
 574         pgd = pgd_offset_k(addr);
 575         do {
 576                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 577                 if (pgd_bad(*pgd))
 578                         mask |= PGTBL_PGD_MODIFIED;
 579                 err = vmap_pages_p4d_range(pgd, addr, next, prot, pages, &nr, &mask);
 580                 if (err)
 581                         return err;
 582         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
 583
 584         if (mask & ARCH_PAGE_TABLE_SYNC_MASK)
 585                 arch_sync_kernel_mappings(start, end);
 586
 587         return 0;
 588 }
 589
 590 /*
 591  * vmap_pages_range_noflush is similar to vmap_pages_range, but does not
 592  * flush caches.
 593  *
 594  * The caller is responsible for calling flush_cache_vmap() after this
 595  * function returns successfully and before the addresses are accessed.
 596  *
 597  * This is an internal function only. Do not use outside mm/.
 598  */
 599 int __vmap_pages_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
 600                 pgprot_t prot, struct page **pages, unsigned int page_shift)
 601 {
 602         unsigned int i, nr = (end - addr) >> PAGE_SHIFT;
 603
 604         WARN_ON(page_shift < PAGE_SHIFT);
 605
 606         if (!IS_ENABLED(CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC) ||
 607                         page_shift == PAGE_SHIFT)
 608                 return vmap_small_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages);
 609
 610         for (i = 0; i < nr; i += 1U << (page_shift - PAGE_SHIFT)) {
 611                 int err;
 612
 613                 err = vmap_range_noflush(addr, addr + (1UL << page_shift),
 614                                         page_to_phys(pages[i]), prot,
 615                                         page_shift);
 616                 if (err)
 617                         return err;
 618
 619                 addr += 1UL << page_shift;
 620         }
 621
 622         return 0;
 623 }
 624
 625 int vmap_pages_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
 626                 pgprot_t prot, struct page **pages, unsigned int page_shift)
 627 {
 628         int ret = kmsan_vmap_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages,
 629                                                  page_shift);
 630
 631         if (ret)
 632                 return ret;
 633         return __vmap_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages, page_shift);
 634 }
 635
 636 /**
 637  * vmap_pages_range - map pages to a kernel virtual address
 638  * @addr: start of the VM area to map
 639  * @end: end of the VM area to map (non-inclusive)
 640  * @prot: page protection flags to use
 641  * @pages: pages to map (always PAGE_SIZE pages)
 642  * @page_shift: maximum shift that the pages may be mapped with, @pages must
 643  * be aligned and contiguous up to at least this shift.
 644  *
 645  * RETURNS:
 646  * 0 on success, -errno on failure.
 647  */
 648 static int vmap_pages_range(unsigned long addr, unsigned long end,
 649                 pgprot_t prot, struct page **pages, unsigned int page_shift)
 650 {
 651         int err;
 652
 653         err = vmap_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages, page_shift);
 654         flush_cache_vmap(addr, end);
 655         return err;
 656 }
 657
 658 static int check_sparse_vm_area(struct vm_struct *area, unsigned long start,
 659                                 unsigned long end)
 660 {
 661         might_sleep();
 662         if (WARN_ON_ONCE(area->flags & VM_FLUSH_RESET_PERMS))
 663                 return -EINVAL;
 664         if (WARN_ON_ONCE(area->flags & VM_NO_GUARD))
 665                 return -EINVAL;
 666         if (WARN_ON_ONCE(!(area->flags & VM_SPARSE)))
 667                 return -EINVAL;
 668         if ((end - start) >> PAGE_SHIFT > totalram_pages())
 669                 return -E2BIG;
 670         if (start < (unsigned long)area->addr ||
 671             (void *)end > area->addr + get_vm_area_size(area))
 672                 return -ERANGE;
 673         return 0;
 674 }
 675
 676 /**
 677  * vm_area_map_pages - map pages inside given sparse vm_area
 678  * @area: vm_area
 679  * @start: start address inside vm_area
 680  * @end: end address inside vm_area
 681  * @pages: pages to map (always PAGE_SIZE pages)
 682  */
 683 int vm_area_map_pages(struct vm_struct *area, unsigned long start,
 684                       unsigned long end, struct page **pages)
 685 {
 686         int err;
 687
 688         err = check_sparse_vm_area(area, start, end);
 689         if (err)
 690                 return err;
 691
 692         return vmap_pages_range(start, end, PAGE_KERNEL, pages, PAGE_SHIFT);
 693 }
 694
 695 /**
 696  * vm_area_unmap_pages - unmap pages inside given sparse vm_area
 697  * @area: vm_area
 698  * @start: start address inside vm_area
 699  * @end: end address inside vm_area
 700  */
 701 void vm_area_unmap_pages(struct vm_struct *area, unsigned long start,
 702                          unsigned long end)
 703 {
 704         if (check_sparse_vm_area(area, start, end))
 705                 return;
 706
 707         vunmap_range(start, end);
 708 }
 709
 710 int is_vmalloc_or_module_addr(const void *x)
 711 {
 712         /*
 713          * ARM, x86-64 and sparc64 put modules in a special place,
 714          * and fall back on vmalloc() if that fails. Others
 715          * just put it in the vmalloc space.
 716          */
 717 #if defined(CONFIG_MODULES) && defined(MODULES_VADDR)
 718         unsigned long addr = (unsigned long)kasan_reset_tag(x);
 719         if (addr >= MODULES_VADDR && addr < MODULES_END)
 720                 return 1;
 721 #endif
 722         return is_vmalloc_addr(x);
 723 }
 724 EXPORT_SYMBOL_GPL(is_vmalloc_or_module_addr);
 725
 726 /*
 727  * Walk a vmap address to the struct page it maps. Huge vmap mappings will
 728  * return the tail page that corresponds to the base page address, which
 729  * matches small vmap mappings.
 730  */
 731 struct page *vmalloc_to_page(const void *vmalloc_addr)
 732 {
 733         unsigned long addr = (unsigned long) vmalloc_addr;
 734         struct page *page = NULL;
 735         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(addr);
 736         p4d_t *p4d;
 737         pud_t *pud;
 738         pmd_t *pmd;
 739         pte_t *ptep, pte;
 740
 741         /*
 742          * XXX we might need to change this if we add VIRTUAL_BUG_ON for
 743          * architectures that do not vmalloc module space
 744          */
 745         VIRTUAL_BUG_ON(!is_vmalloc_or_module_addr(vmalloc_addr));
 746
 747         if (pgd_none(*pgd))
 748                 return NULL;
 749         if (WARN_ON_ONCE(pgd_leaf(*pgd)))
 750                 return NULL; /* XXX: no allowance for huge pgd */
 751         if (WARN_ON_ONCE(pgd_bad(*pgd)))
 752                 return NULL;
 753
 754         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 755         if (p4d_none(*p4d))
 756                 return NULL;
 757         if (p4d_leaf(*p4d))
 758                 return p4d_page(*p4d) + ((addr & ~P4D_MASK) >> PAGE_SHIFT);
 759         if (WARN_ON_ONCE(p4d_bad(*p4d)))
 760                 return NULL;
 761
 762         pud = pud_offset(p4d, addr);
 763         if (pud_none(*pud))
 764                 return NULL;
 765         if (pud_leaf(*pud))
 766                 return pud_page(*pud) + ((addr & ~PUD_MASK) >> PAGE_SHIFT);
 767         if (WARN_ON_ONCE(pud_bad(*pud)))
 768                 return NULL;
 769
 770         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 771         if (pmd_none(*pmd))
 772                 return NULL;
 773         if (pmd_leaf(*pmd))
 774                 return pmd_page(*pmd) + ((addr & ~PMD_MASK) >> PAGE_SHIFT);
 775         if (WARN_ON_ONCE(pmd_bad(*pmd)))
 776                 return NULL;
 777
 778         ptep = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 779         pte = ptep_get(ptep);
 780         if (pte_present(pte))
 781                 page = pte_page(pte);
 782
 783         return page;
 784 }
 785 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_to_page);
 786
 787 /*
 788  * Map a vmalloc()-space virtual address to the physical page frame number.
 789  */
 790 unsigned long vmalloc_to_pfn(const void *vmalloc_addr)
 791 {
 792         return page_to_pfn(vmalloc_to_page(vmalloc_addr));
 793 }
 794 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_to_pfn);
 795
 796
 797 /*** Global kva allocator ***/
 798
 799 #define DEBUG_AUGMENT_PROPAGATE_CHECK 0
 800 #define DEBUG_AUGMENT_LOWEST_MATCH_CHECK 0
 801
 802
 803 static DEFINE_SPINLOCK(free_vmap_area_lock);
 804 static bool vmap_initialized __read_mostly;
 805
 806 /*
 807  * This kmem_cache is used for vmap_area objects. Instead of
 808  * allocating from slab we reuse an object from this cache to
 809  * make things faster. Especially in "no edge" splitting of
 810  * free block.
 811  */
 812 static struct kmem_cache *vmap_area_cachep;
 813
 814 /*
 815  * This linked list is used in pair with free_vmap_area_root.
 816  * It gives O(1) access to prev/next to perform fast coalescing.
 817  */
 818 static LIST_HEAD(free_vmap_area_list);
 819
 820 /*
 821  * This augment red-black tree represents the free vmap space.
 822  * All vmap_area objects in this tree are sorted by va->va_start
 823  * address. It is used for allocation and merging when a vmap
 824  * object is released.
 825  *
 826  * Each vmap_area node contains a maximum available free block
 827  * of its sub-tree, right or left. Therefore it is possible to
 828  * find a lowest match of free area.
 829  */
 830 static struct rb_root free_vmap_area_root = RB_ROOT;
 831
 832 /*
 833  * Preload a CPU with one object for "no edge" split case. The
 834  * aim is to get rid of allocations from the atomic context, thus
 835  * to use more permissive allocation masks.
 836  */
 837 static DEFINE_PER_CPU(struct vmap_area *, ne_fit_preload_node);
 838
 839 /*
 840  * This structure defines a single, solid model where a list and
 841  * rb-tree are part of one entity protected by the lock. Nodes are
 842  * sorted in ascending order, thus for O(1) access to left/right
 843  * neighbors a list is used as well as for sequential traversal.
 844  */
 845 struct rb_list {
 846         struct rb_root root;
 847         struct list_head head;
 848         spinlock_t lock;
 849 };
 850
 851 /*
 852  * A fast size storage contains VAs up to 1M size. A pool consists
 853  * of linked between each other ready to go VAs of certain sizes.
 854  * An index in the pool-array corresponds to number of pages + 1.
 855  */
 856 #define MAX_VA_SIZE_PAGES 256
 857
 858 struct vmap_pool {
 859         struct list_head head;
 860         unsigned long len;
 861 };
 862
 863 /*
 864  * An effective vmap-node logic. Users make use of nodes instead
 865  * of a global heap. It allows to balance an access and mitigate
 866  * contention.
 867  */
 868 static struct vmap_node {
 869         /* Simple size segregated storage. */
 870         struct vmap_pool pool[MAX_VA_SIZE_PAGES];
 871         spinlock_t pool_lock;
 872         bool skip_populate;
 873
 874         /* Bookkeeping data of this node. */
 875         struct rb_list busy;
 876         struct rb_list lazy;
 877
 878         /*
 879          * Ready-to-free areas.
 880          */
 881         struct list_head purge_list;
 882         struct work_struct purge_work;
 883         unsigned long nr_purged;
 884 } single;
 885
 886 /*
 887  * Initial setup consists of one single node, i.e. a balancing
 888  * is fully disabled. Later on, after vmap is initialized these
 889  * parameters are updated based on a system capacity.
 890  */
 891 static struct vmap_node *vmap_nodes = &single;
 892 static __read_mostly unsigned int nr_vmap_nodes = 1;
 893 static __read_mostly unsigned int vmap_zone_size = 1;
 894
 895 static inline unsigned int
 896 addr_to_node_id(unsigned long addr)
 897 {
 898         return (addr / vmap_zone_size) % nr_vmap_nodes;
 899 }
 900
 901 static inline struct vmap_node *
 902 addr_to_node(unsigned long addr)
 903 {
 904         return &vmap_nodes[addr_to_node_id(addr)];
 905 }
 906
 907 static inline struct vmap_node *
 908 id_to_node(unsigned int id)
 909 {
 910         return &vmap_nodes[id % nr_vmap_nodes];
 911 }
 912
 913 /*
 914  * We use the value 0 to represent "no node", that is why
 915  * an encoded value will be the node-id incremented by 1.
 916  * It is always greater then 0. A valid node_id which can
 917  * be encoded is [0:nr_vmap_nodes - 1]. If a passed node_id
 918  * is not valid 0 is returned.
 919  */
 920 static unsigned int
 921 encode_vn_id(unsigned int node_id)
 922 {
 923         /* Can store U8_MAX [0:254] nodes. */
 924         if (node_id < nr_vmap_nodes)
 925                 return (node_id + 1) << BITS_PER_BYTE;
 926
 927         /* Warn and no node encoded. */
 928         WARN_ONCE(1, "Encode wrong node id (%u)\n", node_id);
 929         return 0;
 930 }
 931
 932 /*
 933  * Returns an encoded node-id, the valid range is within
 934  * [0:nr_vmap_nodes-1] values. Otherwise nr_vmap_nodes is
 935  * returned if extracted data is wrong.
 936  */
 937 static unsigned int
 938 decode_vn_id(unsigned int val)
 939 {
 940         unsigned int node_id = (val >> BITS_PER_BYTE) - 1;
 941
 942         /* Can store U8_MAX [0:254] nodes. */
 943         if (node_id < nr_vmap_nodes)
 944                 return node_id;
 945
 946         /* If it was _not_ zero, warn. */
 947         WARN_ONCE(node_id != UINT_MAX,
 948                 "Decode wrong node id (%d)\n", node_id);
 949
 950         return nr_vmap_nodes;
 951 }
 952
 953 static bool
 954 is_vn_id_valid(unsigned int node_id)
 955 {
 956         if (node_id < nr_vmap_nodes)
 957                 return true;
 958
 959         return false;
 960 }
 961
 962 static __always_inline unsigned long
 963 va_size(struct vmap_area *va)
 964 {
 965         return (va->va_end - va->va_start);
 966 }
 967
 968 static __always_inline unsigned long
 969 get_subtree_max_size(struct rb_node *node)
 970 {
 971         struct vmap_area *va;
 972
 973         va = rb_entry_safe(node, struct vmap_area, rb_node);
 974         return va ? va->subtree_max_size : 0;
 975 }
 976
 977 RB_DECLARE_CALLBACKS_MAX(static, free_vmap_area_rb_augment_cb,
 978         struct vmap_area, rb_node, unsigned long, subtree_max_size, va_size)
 979
 980 static void reclaim_and_purge_vmap_areas(void);
 981 static BLOCKING_NOTIFIER_HEAD(vmap_notify_list);
 982 static void drain_vmap_area_work(struct work_struct *work);
 983 static DECLARE_WORK(drain_vmap_work, drain_vmap_area_work);
 984
 985 static atomic_long_t nr_vmalloc_pages;
 986
 987 unsigned long vmalloc_nr_pages(void)
 988 {
 989         return atomic_long_read(&nr_vmalloc_pages);
 990 }
 991
 992 static struct vmap_area *__find_vmap_area(unsigned long addr, struct rb_root *root)
 993 {
 994         struct rb_node *n = root->rb_node;
 995
 996         addr = (unsigned long)kasan_reset_tag((void *)addr);
 997
 998         while (n) {
 999                 struct vmap_area *va;
1000
1001                 va = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
1002                 if (addr < va->va_start)
1003                         n = n->rb_left;
1004                 else if (addr >= va->va_end)
1005                         n = n->rb_right;
1006                 else
1007                         return va;
1008         }
1009
1010         return NULL;
1011 }
1012
1013 /* Look up the first VA which satisfies addr < va_end, NULL if none. */
1014 static struct vmap_area *
1015 __find_vmap_area_exceed_addr(unsigned long addr, struct rb_root *root)
1016 {
1017         struct vmap_area *va = NULL;
1018         struct rb_node *n = root->rb_node;
1019
1020         addr = (unsigned long)kasan_reset_tag((void *)addr);
1021
1022         while (n) {
1023                 struct vmap_area *tmp;
1024
1025                 tmp = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
1026                 if (tmp->va_end > addr) {
1027                         va = tmp;
1028                         if (tmp->va_start <= addr)
1029                                 break;
1030
1031                         n = n->rb_left;
1032                 } else
1033                         n = n->rb_right;
1034         }
1035
1036         return va;
1037 }
1038
1039 /*
1040  * Returns a node where a first VA, that satisfies addr < va_end, resides.
1041  * If success, a node is locked. A user is responsible to unlock it when a
1042  * VA is no longer needed to be accessed.
1043  *
1044  * Returns NULL if nothing found.
1045  */
1046 static struct vmap_node *
1047 find_vmap_area_exceed_addr_lock(unsigned long addr, struct vmap_area **va)
1048 {
1049         unsigned long va_start_lowest;
1050         struct vmap_node *vn;
1051         int i;
1052
1053 repeat:
1054         for (i = 0, va_start_lowest = 0; i < nr_vmap_nodes; i++) {
1055                 vn = &vmap_nodes[i];
1056
1057                 spin_lock(&vn->busy.lock);
1058                 *va = __find_vmap_area_exceed_addr(addr, &vn->busy.root);
1059
1060                 if (*va)
1061                         if (!va_start_lowest || (*va)->va_start < va_start_lowest)
1062                                 va_start_lowest = (*va)->va_start;
1063                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
1064         }
1065
1066         /*
1067          * Check if found VA exists, it might have gone away.  In this case we
1068          * repeat the search because a VA has been removed concurrently and we
1069          * need to proceed to the next one, which is a rare case.
1070          */
1071         if (va_start_lowest) {
1072                 vn = addr_to_node(va_start_lowest);
1073
1074                 spin_lock(&vn->busy.lock);
1075                 *va = __find_vmap_area(va_start_lowest, &vn->busy.root);
1076
1077                 if (*va)
1078                         return vn;
1079
1080                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
1081                 goto repeat;
1082         }
1083
1084         return NULL;
1085 }
1086
1087 /*
1088  * This function returns back addresses of parent node
1089  * and its left or right link for further processing.
1090  *
1091  * Otherwise NULL is returned. In that case all further
1092  * steps regarding inserting of conflicting overlap range
1093  * have to be declined and actually considered as a bug.
1094  */
1095 static __always_inline struct rb_node **
1096 find_va_links(struct vmap_area *va,
1097         struct rb_root *root, struct rb_node *from,
1098         struct rb_node **parent)
1099 {
1100         struct vmap_area *tmp_va;
1101         struct rb_node **link;
1102
1103         if (root) {
1104                 link = &root->rb_node;
1105                 if (unlikely(!*link)) {
1106                         *parent = NULL;
1107                         return link;
1108                 }
1109         } else {
1110                 link = &from;
1111         }
1112
1113         /*
1114          * Go to the bottom of the tree. When we hit the last point
1115          * we end up with parent rb_node and correct direction, i name
1116          * it link, where the new va->rb_node will be attached to.
1117          */
1118         do {
1119                 tmp_va = rb_entry(*link, struct vmap_area, rb_node);
1120
1121                 /*
1122                  * During the traversal we also do some sanity check.
1123                  * Trigger the BUG() if there are sides(left/right)
1124                  * or full overlaps.
1125                  */
1126                 if (va->va_end <= tmp_va->va_start)
1127                         link = &(*link)->rb_left;
1128                 else if (va->va_start >= tmp_va->va_end)
1129                         link = &(*link)->rb_right;
1130                 else {
1131                         WARN(1, "vmalloc bug: 0x%lx-0x%lx overlaps with 0x%lx-0x%lx\n",
1132                                 va->va_start, va->va_end, tmp_va->va_start, tmp_va->va_end);
1133
1134                         return NULL;
1135                 }
1136         } while (*link);
1137
1138         *parent = &tmp_va->rb_node;
1139         return link;
1140 }
1141
1142 static __always_inline struct list_head *
1143 get_va_next_sibling(struct rb_node *parent, struct rb_node **link)
1144 {
1145         struct list_head *list;
1146
1147         if (unlikely(!parent))
1148                 /*
1149                  * The red-black tree where we try to find VA neighbors
1150                  * before merging or inserting is empty, i.e. it means
1151                  * there is no free vmap space. Normally it does not
1152                  * happen but we handle this case anyway.
1153                  */
1154                 return NULL;
1155
1156         list = &rb_entry(parent, struct vmap_area, rb_node)->list;
1157         return (&parent->rb_right == link ? list->next : list);
1158 }
1159
1160 static __always_inline void
1161 __link_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root,
1162         struct rb_node *parent, struct rb_node **link,
1163         struct list_head *head, bool augment)
1164 {
1165         /*
1166          * VA is still not in the list, but we can
1167          * identify its future previous list_head node.
1168          */
1169         if (likely(parent)) {
1170                 head = &rb_entry(parent, struct vmap_area, rb_node)->list;
1171                 if (&parent->rb_right != link)
1172                         head = head->prev;
1173         }
1174
1175         /* Insert to the rb-tree */
1176         rb_link_node(&va->rb_node, parent, link);
1177         if (augment) {
1178                 /*
1179                  * Some explanation here. Just perform simple insertion
1180                  * to the tree. We do not set va->subtree_max_size to
1181                  * its current size before calling rb_insert_augmented().
1182                  * It is because we populate the tree from the bottom
1183                  * to parent levels when the node _is_ in the tree.
1184                  *
1185                  * Therefore we set subtree_max_size to zero after insertion,
1186                  * to let __augment_tree_propagate_from() puts everything to
1187                  * the correct order later on.
1188                  */
1189                 rb_insert_augmented(&va->rb_node,
1190                         root, &free_vmap_area_rb_augment_cb);
1191                 va->subtree_max_size = 0;
1192         } else {
1193                 rb_insert_color(&va->rb_node, root);
1194         }
1195
1196         /* Address-sort this list */
1197         list_add(&va->list, head);
1198 }
1199
1200 static __always_inline void
1201 link_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root,
1202         struct rb_node *parent, struct rb_node **link,
1203         struct list_head *head)
1204 {
1205         __link_va(va, root, parent, link, head, false);
1206 }
1207
1208 static __always_inline void
1209 link_va_augment(struct vmap_area *va, struct rb_root *root,
1210         struct rb_node *parent, struct rb_node **link,
1211         struct list_head *head)
1212 {
1213         __link_va(va, root, parent, link, head, true);
1214 }
1215
1216 static __always_inline void
1217 __unlink_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root, bool augment)
1218 {
1219         if (WARN_ON(RB_EMPTY_NODE(&va->rb_node)))
1220                 return;
1221
1222         if (augment)
1223                 rb_erase_augmented(&va->rb_node,
1224                         root, &free_vmap_area_rb_augment_cb);
1225         else
1226                 rb_erase(&va->rb_node, root);
1227
1228         list_del_init(&va->list);
1229         RB_CLEAR_NODE(&va->rb_node);
1230 }
1231
1232 static __always_inline void
1233 unlink_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root)
1234 {
1235         __unlink_va(va, root, false);
1236 }
1237
1238 static __always_inline void
1239 unlink_va_augment(struct vmap_area *va, struct rb_root *root)
1240 {
1241         __unlink_va(va, root, true);
1242 }
1243
1244 #if DEBUG_AUGMENT_PROPAGATE_CHECK
1245 /*
1246  * Gets called when remove the node and rotate.
1247  */
1248 static __always_inline unsigned long
1249 compute_subtree_max_size(struct vmap_area *va)
1250 {
1251         return max3(va_size(va),
1252                 get_subtree_max_size(va->rb_node.rb_left),
1253                 get_subtree_max_size(va->rb_node.rb_right));
1254 }
1255
1256 static void
1257 augment_tree_propagate_check(void)
1258 {
1259         struct vmap_area *va;
1260         unsigned long computed_size;
1261
1262         list_for_each_entry(va, &free_vmap_area_list, list) {
1263                 computed_size = compute_subtree_max_size(va);
1264                 if (computed_size != va->subtree_max_size)
1265                         pr_emerg("tree is corrupted: %lu, %lu\n",
1266                                 va_size(va), va->subtree_max_size);
1267         }
1268 }
1269 #endif
1270
1271 /*
1272  * This function populates subtree_max_size from bottom to upper
1273  * levels starting from VA point. The propagation must be done
1274  * when VA size is modified by changing its va_start/va_end. Or
1275  * in case of newly inserting of VA to the tree.
1276  *
1277  * It means that __augment_tree_propagate_from() must be called:
1278  * - After VA has been inserted to the tree(free path);
1279  * - After VA has been shrunk(allocation path);
1280  * - After VA has been increased(merging path).
1281  *
1282  * Please note that, it does not mean that upper parent nodes
1283  * and their subtree_max_size are recalculated all the time up
1284  * to the root node.
1285  *
1286  *       4--8
1287  *        /\
1288  *       /  \
1289  *      /    \
1290  *    2--2  8--8
1291  *
1292  * For example if we modify the node 4, shrinking it to 2, then
1293  * no any modification is required. If we shrink the node 2 to 1
1294  * its subtree_max_size is updated only, and set to 1. If we shrink
1295  * the node 8 to 6, then its subtree_max_size is set to 6 and parent
1296  * node becomes 4--6.
1297  */
1298 static __always_inline void
1299 augment_tree_propagate_from(struct vmap_area *va)
1300 {
1301         /*
1302          * Populate the tree from bottom towards the root until
1303          * the calculated maximum available size of checked node
1304          * is equal to its current one.
1305          */
1306         free_vmap_area_rb_augment_cb_propagate(&va->rb_node, NULL);
1307
1308 #if DEBUG_AUGMENT_PROPAGATE_CHECK
1309         augment_tree_propagate_check();
1310 #endif
1311 }
1312
1313 static void
1314 insert_vmap_area(struct vmap_area *va,
1315         struct rb_root *root, struct list_head *head)
1316 {
1317         struct rb_node **link;
1318         struct rb_node *parent;
1319
1320         link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
1321         if (link)
1322                 link_va(va, root, parent, link, head);
1323 }
1324
1325 static void
1326 insert_vmap_area_augment(struct vmap_area *va,
1327         struct rb_node *from, struct rb_root *root,
1328         struct list_head *head)
1329 {
1330         struct rb_node **link;
1331         struct rb_node *parent;
1332
1333         if (from)
1334                 link = find_va_links(va, NULL, from, &parent);
1335         else
1336                 link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
1337
1338         if (link) {
1339                 link_va_augment(va, root, parent, link, head);
1340                 augment_tree_propagate_from(va);
1341         }
1342 }
1343
1344 /*
1345  * Merge de-allocated chunk of VA memory with previous
1346  * and next free blocks. If coalesce is not done a new
1347  * free area is inserted. If VA has been merged, it is
1348  * freed.
1349  *
1350  * Please note, it can return NULL in case of overlap
1351  * ranges, followed by WARN() report. Despite it is a
1352  * buggy behaviour, a system can be alive and keep
1353  * ongoing.
1354  */
1355 static __always_inline struct vmap_area *
1356 __merge_or_add_vmap_area(struct vmap_area *va,
1357         struct rb_root *root, struct list_head *head, bool augment)
1358 {
1359         struct vmap_area *sibling;
1360         struct list_head *next;
1361         struct rb_node **link;
1362         struct rb_node *parent;
1363         bool merged = false;
1364
1365         /*
1366          * Find a place in the tree where VA potentially will be
1367          * inserted, unless it is merged with its sibling/siblings.
1368          */
1369         link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
1370         if (!link)
1371                 return NULL;
1372
1373         /*
1374          * Get next node of VA to check if merging can be done.
1375          */
1376         next = get_va_next_sibling(parent, link);
1377         if (unlikely(next == NULL))
1378                 goto insert;
1379
1380         /*
1381          * start            end
1382          * |                |
1383          * |<------VA------>|<-----Next----->|
1384          *                  |                |
1385          *                  start            end
1386          */
1387         if (next != head) {
1388                 sibling = list_entry(next, struct vmap_area, list);
1389                 if (sibling->va_start == va->va_end) {
1390                         sibling->va_start = va->va_start;
1391
1392                         /* Free vmap_area object. */
1393                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1394
1395                         /* Point to the new merged area. */
1396                         va = sibling;
1397                         merged = true;
1398                 }
1399         }
1400
1401         /*
1402          * start            end
1403          * |                |
1404          * |<-----Prev----->|<------VA------>|
1405          *                  |                |
1406          *                  start            end
1407          */
1408         if (next->prev != head) {
1409                 sibling = list_entry(next->prev, struct vmap_area, list);
1410                 if (sibling->va_end == va->va_start) {
1411                         /*
1412                          * If both neighbors are coalesced, it is important
1413                          * to unlink the "next" node first, followed by merging
1414                          * with "previous" one. Otherwise the tree might not be
1415                          * fully populated if a sibling's augmented value is
1416                          * "normalized" because of rotation operations.
1417                          */
1418                         if (merged)
1419                                 __unlink_va(va, root, augment);
1420
1421                         sibling->va_end = va->va_end;
1422
1423                         /* Free vmap_area object. */
1424                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1425
1426                         /* Point to the new merged area. */
1427                         va = sibling;
1428                         merged = true;
1429                 }
1430         }
1431
1432 insert:
1433         if (!merged)
1434                 __link_va(va, root, parent, link, head, augment);
1435
1436         return va;
1437 }
1438
1439 static __always_inline struct vmap_area *
1440 merge_or_add_vmap_area(struct vmap_area *va,
1441         struct rb_root *root, struct list_head *head)
1442 {
1443         return __merge_or_add_vmap_area(va, root, head, false);
1444 }
1445
1446 static __always_inline struct vmap_area *
1447 merge_or_add_vmap_area_augment(struct vmap_area *va,
1448         struct rb_root *root, struct list_head *head)
1449 {
1450         va = __merge_or_add_vmap_area(va, root, head, true);
1451         if (va)
1452                 augment_tree_propagate_from(va);
1453
1454         return va;
1455 }
1456
1457 static __always_inline bool
1458 is_within_this_va(struct vmap_area *va, unsigned long size,
1459         unsigned long align, unsigned long vstart)
1460 {
1461         unsigned long nva_start_addr;
1462
1463         if (va->va_start > vstart)
1464                 nva_start_addr = ALIGN(va->va_start, align);
1465         else
1466                 nva_start_addr = ALIGN(vstart, align);
1467
1468         /* Can be overflowed due to big size or alignment. */
1469         if (nva_start_addr + size < nva_start_addr ||
1470                         nva_start_addr < vstart)
1471                 return false;
1472
1473         return (nva_start_addr + size <= va->va_end);
1474 }
1475
1476 /*
1477  * Find the first free block(lowest start address) in the tree,
1478  * that will accomplish the request corresponding to passing
1479  * parameters. Please note, with an alignment bigger than PAGE_SIZE,
1480  * a search length is adjusted to account for worst case alignment
1481  * overhead.
1482  */
1483 static __always_inline struct vmap_area *
1484 find_vmap_lowest_match(struct rb_root *root, unsigned long size,
1485         unsigned long align, unsigned long vstart, bool adjust_search_size)
1486 {
1487         struct vmap_area *va;
1488         struct rb_node *node;
1489         unsigned long length;
1490
1491         /* Start from the root. */
1492         node = root->rb_node;
1493
1494         /* Adjust the search size for alignment overhead. */
1495         length = adjust_search_size ? size + align - 1 : size;
1496
1497         while (node) {
1498                 va = rb_entry(node, struct vmap_area, rb_node);
1499
1500                 if (get_subtree_max_size(node->rb_left) >= length &&
1501                                 vstart < va->va_start) {
1502                         node = node->rb_left;
1503                 } else {
1504                         if (is_within_this_va(va, size, align, vstart))
1505                                 return va;
1506
1507                         /*
1508                          * Does not make sense to go deeper towards the right
1509                          * sub-tree if it does not have a free block that is
1510                          * equal or bigger to the requested search length.
1511                          */
1512                         if (get_subtree_max_size(node->rb_right) >= length) {
1513                                 node = node->rb_right;
1514                                 continue;
1515                         }
1516
1517                         /*
1518                          * OK. We roll back and find the first right sub-tree,
1519                          * that will satisfy the search criteria. It can happen
1520                          * due to "vstart" restriction or an alignment overhead
1521                          * that is bigger then PAGE_SIZE.
1522                          */
1523                         while ((node = rb_parent(node))) {
1524                                 va = rb_entry(node, struct vmap_area, rb_node);
1525                                 if (is_within_this_va(va, size, align, vstart))
1526                                         return va;
1527
1528                                 if (get_subtree_max_size(node->rb_right) >= length &&
1529                                                 vstart <= va->va_start) {
1530                                         /*
1531                                          * Shift the vstart forward. Please note, we update it with
1532                                          * parent's start address adding "1" because we do not want
1533                                          * to enter same sub-tree after it has already been checked
1534                                          * and no suitable free block found there.
1535                                          */
1536                                         vstart = va->va_start + 1;
1537                                         node = node->rb_right;
1538                                         break;
1539                                 }
1540                         }
1541                 }
1542         }
1543
1544         return NULL;
1545 }
1546
1547 #if DEBUG_AUGMENT_LOWEST_MATCH_CHECK
1548 #include <linux/random.h>
1549
1550 static struct vmap_area *
1551 find_vmap_lowest_linear_match(struct list_head *head, unsigned long size,
1552         unsigned long align, unsigned long vstart)
1553 {
1554         struct vmap_area *va;
1555
1556         list_for_each_entry(va, head, list) {
1557                 if (!is_within_this_va(va, size, align, vstart))
1558                         continue;
1559
1560                 return va;
1561         }
1562
1563         return NULL;
1564 }
1565
1566 static void
1567 find_vmap_lowest_match_check(struct rb_root *root, struct list_head *head,
1568                              unsigned long size, unsigned long align)
1569 {
1570         struct vmap_area *va_1, *va_2;
1571         unsigned long vstart;
1572         unsigned int rnd;
1573
1574         get_random_bytes(&rnd, sizeof(rnd));
1575         vstart = VMALLOC_START + rnd;
1576
1577         va_1 = find_vmap_lowest_match(root, size, align, vstart, false);
1578         va_2 = find_vmap_lowest_linear_match(head, size, align, vstart);
1579
1580         if (va_1 != va_2)
1581                 pr_emerg("not lowest: t: 0x%p, l: 0x%p, v: 0x%lx\n",
1582                         va_1, va_2, vstart);
1583 }
1584 #endif
1585
1586 enum fit_type {
1587         NOTHING_FIT = 0,
1588         FL_FIT_TYPE = 1,        /* full fit */
1589         LE_FIT_TYPE = 2,        /* left edge fit */
1590         RE_FIT_TYPE = 3,        /* right edge fit */
1591         NE_FIT_TYPE = 4         /* no edge fit */
1592 };
1593
1594 static __always_inline enum fit_type
1595 classify_va_fit_type(struct vmap_area *va,
1596         unsigned long nva_start_addr, unsigned long size)
1597 {
1598         enum fit_type type;
1599
1600         /* Check if it is within VA. */
1601         if (nva_start_addr < va->va_start ||
1602                         nva_start_addr + size > va->va_end)
1603                 return NOTHING_FIT;
1604
1605         /* Now classify. */
1606         if (va->va_start == nva_start_addr) {
1607                 if (va->va_end == nva_start_addr + size)
1608                         type = FL_FIT_TYPE;
1609                 else
1610                         type = LE_FIT_TYPE;
1611         } else if (va->va_end == nva_start_addr + size) {
1612                 type = RE_FIT_TYPE;
1613         } else {
1614                 type = NE_FIT_TYPE;
1615         }
1616
1617         return type;
1618 }
1619
1620 static __always_inline int
1621 va_clip(struct rb_root *root, struct list_head *head,
1622                 struct vmap_area *va, unsigned long nva_start_addr,
1623                 unsigned long size)
1624 {
1625         struct vmap_area *lva = NULL;
1626         enum fit_type type = classify_va_fit_type(va, nva_start_addr, size);
1627
1628         if (type == FL_FIT_TYPE) {
1629                 /*
1630                  * No need to split VA, it fully fits.
1631                  *
1632                  * |               |
1633                  * V      NVA      V
1634                  * |---------------|
1635                  */
1636                 unlink_va_augment(va, root);
1637                 kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1638         } else if (type == LE_FIT_TYPE) {
1639                 /*
1640                  * Split left edge of fit VA.
1641                  *
1642                  * |       |
1643                  * V  NVA  V   R
1644                  * |-------|-------|
1645                  */
1646                 va->va_start += size;
1647         } else if (type == RE_FIT_TYPE) {
1648                 /*
1649                  * Split right edge of fit VA.
1650                  *
1651                  *         |       |
1652                  *     L   V  NVA  V
1653                  * |-------|-------|
1654                  */
1655                 va->va_end = nva_start_addr;
1656         } else if (type == NE_FIT_TYPE) {
1657                 /*
1658                  * Split no edge of fit VA.
1659                  *
1660                  *     |       |
1661                  *   L V  NVA  V R
1662                  * |---|-------|---|
1663                  */
1664                 lva = __this_cpu_xchg(ne_fit_preload_node, NULL);
1665                 if (unlikely(!lva)) {
1666                         /*
1667                          * For percpu allocator we do not do any pre-allocation
1668                          * and leave it as it is. The reason is it most likely
1669                          * never ends up with NE_FIT_TYPE splitting. In case of
1670                          * percpu allocations offsets and sizes are aligned to
1671                          * fixed align request, i.e. RE_FIT_TYPE and FL_FIT_TYPE
1672                          * are its main fitting cases.
1673                          *
1674                          * There are a few exceptions though, as an example it is
1675                          * a first allocation (early boot up) when we have "one"
1676                          * big free space that has to be split.
1677                          *
1678                          * Also we can hit this path in case of regular "vmap"
1679                          * allocations, if "this" current CPU was not preloaded.
1680                          * See the comment in alloc_vmap_area() why. If so, then
1681                          * GFP_NOWAIT is used instead to get an extra object for
1682                          * split purpose. That is rare and most time does not
1683                          * occur.
1684                          *
1685                          * What happens if an allocation gets failed. Basically,
1686                          * an "overflow" path is triggered to purge lazily freed
1687                          * areas to free some memory, then, the "retry" path is
1688                          * triggered to repeat one more time. See more details
1689                          * in alloc_vmap_area() function.
1690                          */
1691                         lva = kmem_cache_alloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
1692                         if (!lva)
1693                                 return -1;
1694                 }
1695
1696                 /*
1697                  * Build the remainder.
1698                  */
1699                 lva->va_start = va->va_start;
1700                 lva->va_end = nva_start_addr;
1701
1702                 /*
1703                  * Shrink this VA to remaining size.
1704                  */
1705                 va->va_start = nva_start_addr + size;
1706         } else {
1707                 return -1;
1708         }
1709
1710         if (type != FL_FIT_TYPE) {
1711                 augment_tree_propagate_from(va);
1712
1713                 if (lva)        /* type == NE_FIT_TYPE */
1714                         insert_vmap_area_augment(lva, &va->rb_node, root, head);
1715         }
1716
1717         return 0;
1718 }
1719
1720 static unsigned long
1721 va_alloc(struct vmap_area *va,
1722                 struct rb_root *root, struct list_head *head,
1723                 unsigned long size, unsigned long align,
1724                 unsigned long vstart, unsigned long vend)
1725 {
1726         unsigned long nva_start_addr;
1727         int ret;
1728
1729         if (va->va_start > vstart)
1730                 nva_start_addr = ALIGN(va->va_start, align);
1731         else
1732                 nva_start_addr = ALIGN(vstart, align);
1733
1734         /* Check the "vend" restriction. */
1735         if (nva_start_addr + size > vend)
1736                 return vend;
1737
1738         /* Update the free vmap_area. */
1739         ret = va_clip(root, head, va, nva_start_addr, size);
1740         if (WARN_ON_ONCE(ret))
1741                 return vend;
1742
1743         return nva_start_addr;
1744 }
1745
1746 /*
1747  * Returns a start address of the newly allocated area, if success.
1748  * Otherwise a vend is returned that indicates failure.
1749  */
1750 static __always_inline unsigned long
1751 __alloc_vmap_area(struct rb_root *root, struct list_head *head,
1752         unsigned long size, unsigned long align,
1753         unsigned long vstart, unsigned long vend)
1754 {
1755         bool adjust_search_size = true;
1756         unsigned long nva_start_addr;
1757         struct vmap_area *va;
1758
1759         /*
1760          * Do not adjust when:
1761          *   a) align <= PAGE_SIZE, because it does not make any sense.
1762          *      All blocks(their start addresses) are at least PAGE_SIZE
1763          *      aligned anyway;
1764          *   b) a short range where a requested size corresponds to exactly
1765          *      specified [vstart:vend] interval and an alignment > PAGE_SIZE.
1766          *      With adjusted search length an allocation would not succeed.
1767          */
1768         if (align <= PAGE_SIZE || (align > PAGE_SIZE && (vend - vstart) == size))
1769                 adjust_search_size = false;
1770
1771         va = find_vmap_lowest_match(root, size, align, vstart, adjust_search_size);
1772         if (unlikely(!va))
1773                 return vend;
1774
1775         nva_start_addr = va_alloc(va, root, head, size, align, vstart, vend);
1776         if (nva_start_addr == vend)
1777                 return vend;
1778
1779 #if DEBUG_AUGMENT_LOWEST_MATCH_CHECK
1780         find_vmap_lowest_match_check(root, head, size, align);
1781 #endif
1782
1783         return nva_start_addr;
1784 }
1785
1786 /*
1787  * Free a region of KVA allocated by alloc_vmap_area
1788  */
1789 static void free_vmap_area(struct vmap_area *va)
1790 {
1791         struct vmap_node *vn = addr_to_node(va->va_start);
1792
1793         /*
1794          * Remove from the busy tree/list.
1795          */
1796         spin_lock(&vn->busy.lock);
1797         unlink_va(va, &vn->busy.root);
1798         spin_unlock(&vn->busy.lock);
1799
1800         /*
1801          * Insert/Merge it back to the free tree/list.
1802          */
1803         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
1804         merge_or_add_vmap_area_augment(va, &free_vmap_area_root, &free_vmap_area_list);
1805         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
1806 }
1807
1808 static inline void
1809 preload_this_cpu_lock(spinlock_t *lock, gfp_t gfp_mask, int node)
1810 {
1811         struct vmap_area *va = NULL;
1812
1813         /*
1814          * Preload this CPU with one extra vmap_area object. It is used
1815          * when fit type of free area is NE_FIT_TYPE. It guarantees that
1816          * a CPU that does an allocation is preloaded.
1817          *
1818          * We do it in non-atomic context, thus it allows us to use more
1819          * permissive allocation masks to be more stable under low memory
1820          * condition and high memory pressure.
1821          */
1822         if (!this_cpu_read(ne_fit_preload_node))
1823                 va = kmem_cache_alloc_node(vmap_area_cachep, gfp_mask, node);
1824
1825         spin_lock(lock);
1826
1827         if (va && __this_cpu_cmpxchg(ne_fit_preload_node, NULL, va))
1828                 kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1829 }
1830
1831 static struct vmap_pool *
1832 size_to_va_pool(struct vmap_node *vn, unsigned long size)
1833 {
1834         unsigned int idx = (size - 1) / PAGE_SIZE;
1835
1836         if (idx < MAX_VA_SIZE_PAGES)
1837                 return &vn->pool[idx];
1838
1839         return NULL;
1840 }
1841
1842 static bool
1843 node_pool_add_va(struct vmap_node *n, struct vmap_area *va)
1844 {
1845         struct vmap_pool *vp;
1846
1847         vp = size_to_va_pool(n, va_size(va));
1848         if (!vp)
1849                 return false;
1850
1851         spin_lock(&n->pool_lock);
1852         list_add(&va->list, &vp->head);
1853         WRITE_ONCE(vp->len, vp->len + 1);
1854         spin_unlock(&n->pool_lock);
1855
1856         return true;
1857 }
1858
1859 static struct vmap_area *
1860 node_pool_del_va(struct vmap_node *vn, unsigned long size,
1861                 unsigned long align, unsigned long vstart,
1862                 unsigned long vend)
1863 {
1864         struct vmap_area *va = NULL;
1865         struct vmap_pool *vp;
1866         int err = 0;
1867
1868         vp = size_to_va_pool(vn, size);
1869         if (!vp || list_empty(&vp->head))
1870                 return NULL;
1871
1872         spin_lock(&vn->pool_lock);
1873         if (!list_empty(&vp->head)) {
1874                 va = list_first_entry(&vp->head, struct vmap_area, list);
1875
1876                 if (IS_ALIGNED(va->va_start, align)) {
1877                         /*
1878                          * Do some sanity check and emit a warning
1879                          * if one of below checks detects an error.
1880                          */
1881                         err |= (va_size(va) != size);
1882                         err |= (va->va_start < vstart);
1883                         err |= (va->va_end > vend);
1884
1885                         if (!WARN_ON_ONCE(err)) {
1886                                 list_del_init(&va->list);
1887                                 WRITE_ONCE(vp->len, vp->len - 1);
1888                         } else {
1889                                 va = NULL;
1890                         }
1891                 } else {
1892                         list_move_tail(&va->list, &vp->head);
1893                         va = NULL;
1894                 }
1895         }
1896         spin_unlock(&vn->pool_lock);
1897
1898         return va;
1899 }
1900
1901 static struct vmap_area *
1902 node_alloc(unsigned long size, unsigned long align,
1903                 unsigned long vstart, unsigned long vend,
1904                 unsigned long *addr, unsigned int *vn_id)
1905 {
1906         struct vmap_area *va;
1907
1908         *vn_id = 0;
1909         *addr = vend;
1910
1911         /*
1912          * Fallback to a global heap if not vmalloc or there
1913          * is only one node.
1914          */
1915         if (vstart != VMALLOC_START || vend != VMALLOC_END ||
1916                         nr_vmap_nodes == 1)
1917                 return NULL;
1918
1919         *vn_id = raw_smp_processor_id() % nr_vmap_nodes;
1920         va = node_pool_del_va(id_to_node(*vn_id), size, align, vstart, vend);
1921         *vn_id = encode_vn_id(*vn_id);
1922
1923         if (va)
1924                 *addr = va->va_start;
1925
1926         return va;
1927 }
1928
1929 /*
1930  * Allocate a region of KVA of the specified size and alignment, within the
1931  * vstart and vend.
1932  */
1933 static struct vmap_area *alloc_vmap_area(unsigned long size,
1934                                 unsigned long align,
1935                                 unsigned long vstart, unsigned long vend,
1936                                 int node, gfp_t gfp_mask,
1937                                 unsigned long va_flags)
1938 {
1939         struct vmap_node *vn;
1940         struct vmap_area *va;
1941         unsigned long freed;
1942         unsigned long addr;
1943         unsigned int vn_id;
1944         int purged = 0;
1945         int ret;
1946
1947         if (unlikely(!size || offset_in_page(size) || !is_power_of_2(align)))
1948                 return ERR_PTR(-EINVAL);
1949
1950         if (unlikely(!vmap_initialized))
1951                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1952
1953         might_sleep();
1954
1955         /*
1956          * If a VA is obtained from a global heap(if it fails here)
1957          * it is anyway marked with this "vn_id" so it is returned
1958          * to this pool's node later. Such way gives a possibility
1959          * to populate pools based on users demand.
1960          *
1961          * On success a ready to go VA is returned.
1962          */
1963         va = node_alloc(size, align, vstart, vend, &addr, &vn_id);
1964         if (!va) {
1965                 gfp_mask = gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK;
1966
1967                 va = kmem_cache_alloc_node(vmap_area_cachep, gfp_mask, node);
1968                 if (unlikely(!va))
1969                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
1970
1971                 /*
1972                  * Only scan the relevant parts containing pointers to other objects
1973                  * to avoid false negatives.
1974                  */
1975                 kmemleak_scan_area(&va->rb_node, SIZE_MAX, gfp_mask);
1976         }
1977
1978 retry:
1979         if (addr == vend) {
1980                 preload_this_cpu_lock(&free_vmap_area_lock, gfp_mask, node);
1981                 addr = __alloc_vmap_area(&free_vmap_area_root, &free_vmap_area_list,
1982                         size, align, vstart, vend);
1983                 spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
1984         }
1985
1986         trace_alloc_vmap_area(addr, size, align, vstart, vend, addr == vend);
1987
1988         /*
1989          * If an allocation fails, the "vend" address is
1990          * returned. Therefore trigger the overflow path.
1991          */
1992         if (unlikely(addr == vend))
1993                 goto overflow;
1994
1995         va->va_start = addr;
1996         va->va_end = addr + size;
1997         va->vm = NULL;
1998         va->flags = (va_flags | vn_id);
1999
2000         vn = addr_to_node(va->va_start);
2001
2002         spin_lock(&vn->busy.lock);
2003         insert_vmap_area(va, &vn->busy.root, &vn->busy.head);
2004         spin_unlock(&vn->busy.lock);
2005
2006         BUG_ON(!IS_ALIGNED(va->va_start, align));
2007         BUG_ON(va->va_start < vstart);
2008         BUG_ON(va->va_end > vend);
2009
2010         ret = kasan_populate_vmalloc(addr, size);
2011         if (ret) {
2012                 free_vmap_area(va);
2013                 return ERR_PTR(ret);
2014         }
2015
2016         return va;
2017
2018 overflow:
2019         if (!purged) {
2020                 reclaim_and_purge_vmap_areas();
2021                 purged = 1;
2022                 goto retry;
2023         }
2024
2025         freed = 0;
2026         blocking_notifier_call_chain(&vmap_notify_list, 0, &freed);
2027
2028         if (freed > 0) {
2029                 purged = 0;
2030                 goto retry;
2031         }
2032
2033         if (!(gfp_mask & __GFP_NOWARN) && printk_ratelimit())
2034                 pr_warn("vmap allocation for size %lu failed: use vmalloc=<size> to increase size\n",
2035                         size);
2036
2037         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
2038         return ERR_PTR(-EBUSY);
2039 }
2040
2041 int register_vmap_purge_notifier(struct notifier_block *nb)
2042 {
2043         return blocking_notifier_chain_register(&vmap_notify_list, nb);
2044 }
2045 EXPORT_SYMBOL_GPL(register_vmap_purge_notifier);
2046
2047 int unregister_vmap_purge_notifier(struct notifier_block *nb)
2048 {
2049         return blocking_notifier_chain_unregister(&vmap_notify_list, nb);
2050 }
2051 EXPORT_SYMBOL_GPL(unregister_vmap_purge_notifier);
2052
2053 /*
2054  * lazy_max_pages is the maximum amount of virtual address space we gather up
2055  * before attempting to purge with a TLB flush.
2056  *
2057  * There is a tradeoff here: a larger number will cover more kernel page tables
2058  * and take slightly longer to purge, but it will linearly reduce the number of
2059  * global TLB flushes that must be performed. It would seem natural to scale
2060  * this number up linearly with the number of CPUs (because vmapping activity
2061  * could also scale linearly with the number of CPUs), however it is likely
2062  * that in practice, workloads might be constrained in other ways that mean
2063  * vmap activity will not scale linearly with CPUs. Also, I want to be
2064  * conservative and not introduce a big latency on huge systems, so go with
2065  * a less aggressive log scale. It will still be an improvement over the old
2066  * code, and it will be simple to change the scale factor if we find that it
2067  * becomes a problem on bigger systems.
2068  */
2069 static unsigned long lazy_max_pages(void)
2070 {
2071         unsigned int log;
2072
2073         log = fls(num_online_cpus());
2074
2075         return log * (32UL * 1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
2076 }
2077
2078 static atomic_long_t vmap_lazy_nr = ATOMIC_LONG_INIT(0);
2079
2080 /*
2081  * Serialize vmap purging.  There is no actual critical section protected
2082  * by this lock, but we want to avoid concurrent calls for performance
2083  * reasons and to make the pcpu_get_vm_areas more deterministic.
2084  */
2085 static DEFINE_MUTEX(vmap_purge_lock);
2086
2087 /* for per-CPU blocks */
2088 static void purge_fragmented_blocks_allcpus(void);
2089 static cpumask_t purge_nodes;
2090
2091 static void
2092 reclaim_list_global(struct list_head *head)
2093 {
2094         struct vmap_area *va, *n;
2095
2096         if (list_empty(head))
2097                 return;
2098
2099         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
2100         list_for_each_entry_safe(va, n, head, list)
2101                 merge_or_add_vmap_area_augment(va,
2102                         &free_vmap_area_root, &free_vmap_area_list);
2103         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
2104 }
2105
2106 static void
2107 decay_va_pool_node(struct vmap_node *vn, bool full_decay)
2108 {
2109         struct vmap_area *va, *nva;
2110         struct list_head decay_list;
2111         struct rb_root decay_root;
2112         unsigned long n_decay;
2113         int i;
2114
2115         decay_root = RB_ROOT;
2116         INIT_LIST_HEAD(&decay_list);
2117
2118         for (i = 0; i < MAX_VA_SIZE_PAGES; i++) {
2119                 struct list_head tmp_list;
2120
2121                 if (list_empty(&vn->pool[i].head))
2122                         continue;
2123
2124                 INIT_LIST_HEAD(&tmp_list);
2125
2126                 /* Detach the pool, so no-one can access it. */
2127                 spin_lock(&vn->pool_lock);
2128                 list_replace_init(&vn->pool[i].head, &tmp_list);
2129                 spin_unlock(&vn->pool_lock);
2130
2131                 if (full_decay)
2132                         WRITE_ONCE(vn->pool[i].len, 0);
2133
2134                 /* Decay a pool by ~25% out of left objects. */
2135                 n_decay = vn->pool[i].len >> 2;
2136
2137                 list_for_each_entry_safe(va, nva, &tmp_list, list) {
2138                         list_del_init(&va->list);
2139                         merge_or_add_vmap_area(va, &decay_root, &decay_list);
2140
2141                         if (!full_decay) {
2142                                 WRITE_ONCE(vn->pool[i].len, vn->pool[i].len - 1);
2143
2144                                 if (!--n_decay)
2145                                         break;
2146                         }
2147                 }
2148
2149                 /*
2150                  * Attach the pool back if it has been partly decayed.
2151                  * Please note, it is supposed that nobody(other contexts)
2152                  * can populate the pool therefore a simple list replace
2153                  * operation takes place here.
2154                  */
2155                 if (!full_decay && !list_empty(&tmp_list)) {
2156                         spin_lock(&vn->pool_lock);
2157                         list_replace_init(&tmp_list, &vn->pool[i].head);
2158                         spin_unlock(&vn->pool_lock);
2159                 }
2160         }
2161
2162         reclaim_list_global(&decay_list);
2163 }
2164
2165 static void purge_vmap_node(struct work_struct *work)
2166 {
2167         struct vmap_node *vn = container_of(work,
2168                 struct vmap_node, purge_work);
2169         struct vmap_area *va, *n_va;
2170         LIST_HEAD(local_list);
2171
2172         vn->nr_purged = 0;
2173
2174         list_for_each_entry_safe(va, n_va, &vn->purge_list, list) {
2175                 unsigned long nr = (va->va_end - va->va_start) >> PAGE_SHIFT;
2176                 unsigned long orig_start = va->va_start;
2177                 unsigned long orig_end = va->va_end;
2178                 unsigned int vn_id = decode_vn_id(va->flags);
2179
2180                 list_del_init(&va->list);
2181
2182                 if (is_vmalloc_or_module_addr((void *)orig_start))
2183                         kasan_release_vmalloc(orig_start, orig_end,
2184                                               va->va_start, va->va_end);
2185
2186                 atomic_long_sub(nr, &vmap_lazy_nr);
2187                 vn->nr_purged++;
2188
2189                 if (is_vn_id_valid(vn_id) && !vn->skip_populate)
2190                         if (node_pool_add_va(vn, va))
2191                                 continue;
2192
2193                 /* Go back to global. */
2194                 list_add(&va->list, &local_list);
2195         }
2196
2197         reclaim_list_global(&local_list);
2198 }
2199
2200 /*
2201  * Purges all lazily-freed vmap areas.
2202  */
2203 static bool __purge_vmap_area_lazy(unsigned long start, unsigned long end,
2204                 bool full_pool_decay)
2205 {
2206         unsigned long nr_purged_areas = 0;
2207         unsigned int nr_purge_helpers;
2208         unsigned int nr_purge_nodes;
2209         struct vmap_node *vn;
2210         int i;
2211
2212         lockdep_assert_held(&vmap_purge_lock);
2213
2214         /*
2215          * Use cpumask to mark which node has to be processed.
2216          */
2217         purge_nodes = CPU_MASK_NONE;
2218
2219         for (i = 0; i < nr_vmap_nodes; i++) {
2220                 vn = &vmap_nodes[i];
2221
2222                 INIT_LIST_HEAD(&vn->purge_list);
2223                 vn->skip_populate = full_pool_decay;
2224                 decay_va_pool_node(vn, full_pool_decay);
2225
2226                 if (RB_EMPTY_ROOT(&vn->lazy.root))
2227                         continue;
2228
2229                 spin_lock(&vn->lazy.lock);
2230                 WRITE_ONCE(vn->lazy.root.rb_node, NULL);
2231                 list_replace_init(&vn->lazy.head, &vn->purge_list);
2232                 spin_unlock(&vn->lazy.lock);
2233
2234                 start = min(start, list_first_entry(&vn->purge_list,
2235                         struct vmap_area, list)->va_start);
2236
2237                 end = max(end, list_last_entry(&vn->purge_list,
2238                         struct vmap_area, list)->va_end);
2239
2240                 cpumask_set_cpu(i, &purge_nodes);
2241         }
2242
2243         nr_purge_nodes = cpumask_weight(&purge_nodes);
2244         if (nr_purge_nodes > 0) {
2245                 flush_tlb_kernel_range(start, end);
2246
2247                 /* One extra worker is per a lazy_max_pages() full set minus one. */
2248                 nr_purge_helpers = atomic_long_read(&vmap_lazy_nr) / lazy_max_pages();
2249                 nr_purge_helpers = clamp(nr_purge_helpers, 1U, nr_purge_nodes) - 1;
2250
2251                 for_each_cpu(i, &purge_nodes) {
2252                         vn = &vmap_nodes[i];
2253
2254                         if (nr_purge_helpers > 0) {
2255                                 INIT_WORK(&vn->purge_work, purge_vmap_node);
2256
2257                                 if (cpumask_test_cpu(i, cpu_online_mask))
2258                                         schedule_work_on(i, &vn->purge_work);
2259                                 else
2260                                         schedule_work(&vn->purge_work);
2261
2262                                 nr_purge_helpers--;
2263                         } else {
2264                                 vn->purge_work.func = NULL;
2265                                 purge_vmap_node(&vn->purge_work);
2266                                 nr_purged_areas += vn->nr_purged;
2267                         }
2268                 }
2269
2270                 for_each_cpu(i, &purge_nodes) {
2271                         vn = &vmap_nodes[i];
2272
2273                         if (vn->purge_work.func) {
2274                                 flush_work(&vn->purge_work);
2275                                 nr_purged_areas += vn->nr_purged;
2276                         }
2277                 }
2278         }
2279
2280         trace_purge_vmap_area_lazy(start, end, nr_purged_areas);
2281         return nr_purged_areas > 0;
2282 }
2283
2284 /*
2285  * Reclaim vmap areas by purging fragmented blocks and purge_vmap_area_list.
2286  */
2287 static void reclaim_and_purge_vmap_areas(void)
2288
2289 {
2290         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
2291         purge_fragmented_blocks_allcpus();
2292         __purge_vmap_area_lazy(ULONG_MAX, 0, true);
2293         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
2294 }
2295
2296 static void drain_vmap_area_work(struct work_struct *work)
2297 {
2298         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
2299         __purge_vmap_area_lazy(ULONG_MAX, 0, false);
2300         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
2301 }
2302
2303 /*
2304  * Free a vmap area, caller ensuring that the area has been unmapped,
2305  * unlinked and flush_cache_vunmap had been called for the correct
2306  * range previously.
2307  */
2308 static void free_vmap_area_noflush(struct vmap_area *va)
2309 {
2310         unsigned long nr_lazy_max = lazy_max_pages();
2311         unsigned long va_start = va->va_start;
2312         unsigned int vn_id = decode_vn_id(va->flags);
2313         struct vmap_node *vn;
2314         unsigned long nr_lazy;
2315
2316         if (WARN_ON_ONCE(!list_empty(&va->list)))
2317                 return;
2318
2319         nr_lazy = atomic_long_add_return((va->va_end - va->va_start) >>
2320                                 PAGE_SHIFT, &vmap_lazy_nr);
2321
2322         /*
2323          * If it was request by a certain node we would like to
2324          * return it to that node, i.e. its pool for later reuse.
2325          */
2326         vn = is_vn_id_valid(vn_id) ?
2327                 id_to_node(vn_id):addr_to_node(va->va_start);
2328
2329         spin_lock(&vn->lazy.lock);
2330         insert_vmap_area(va, &vn->lazy.root, &vn->lazy.head);
2331         spin_unlock(&vn->lazy.lock);
2332
2333         trace_free_vmap_area_noflush(va_start, nr_lazy, nr_lazy_max);
2334
2335         /* After this point, we may free va at any time */
2336         if (unlikely(nr_lazy > nr_lazy_max))
2337                 schedule_work(&drain_vmap_work);
2338 }
2339
2340 /*
2341  * Free and unmap a vmap area
2342  */
2343 static void free_unmap_vmap_area(struct vmap_area *va)
2344 {
2345         flush_cache_vunmap(va->va_start, va->va_end);
2346         vunmap_range_noflush(va->va_start, va->va_end);
2347         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2348                 flush_tlb_kernel_range(va->va_start, va->va_end);
2349
2350         free_vmap_area_noflush(va);
2351 }
2352
2353 struct vmap_area *find_vmap_area(unsigned long addr)
2354 {
2355         struct vmap_node *vn;
2356         struct vmap_area *va;
2357         int i, j;
2358
2359         if (unlikely(!vmap_initialized))
2360                 return NULL;
2361
2362         /*
2363          * An addr_to_node_id(addr) converts an address to a node index
2364          * where a VA is located. If VA spans several zones and passed
2365          * addr is not the same as va->va_start, what is not common, we
2366          * may need to scan extra nodes. See an example:
2367          *
2368          *      <----va---->
2369          * -|-----|-----|-----|-----|-
2370          *     1     2     0     1
2371          *
2372          * VA resides in node 1 whereas it spans 1, 2 an 0. If passed
2373          * addr is within 2 or 0 nodes we should do extra work.
2374          */
2375         i = j = addr_to_node_id(addr);
2376         do {
2377                 vn = &vmap_nodes[i];
2378
2379                 spin_lock(&vn->busy.lock);
2380                 va = __find_vmap_area(addr, &vn->busy.root);
2381                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
2382
2383                 if (va)
2384                         return va;
2385         } while ((i = (i + 1) % nr_vmap_nodes) != j);
2386
2387         return NULL;
2388 }
2389
2390 static struct vmap_area *find_unlink_vmap_area(unsigned long addr)
2391 {
2392         struct vmap_node *vn;
2393         struct vmap_area *va;
2394         int i, j;
2395
2396         /*
2397          * Check the comment in the find_vmap_area() about the loop.
2398          */
2399         i = j = addr_to_node_id(addr);
2400         do {
2401                 vn = &vmap_nodes[i];
2402
2403                 spin_lock(&vn->busy.lock);
2404                 va = __find_vmap_area(addr, &vn->busy.root);
2405                 if (va)
2406                         unlink_va(va, &vn->busy.root);
2407                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
2408
2409                 if (va)
2410                         return va;
2411         } while ((i = (i + 1) % nr_vmap_nodes) != j);
2412
2413         return NULL;
2414 }
2415
2416 /*** Per cpu kva allocator ***/
2417
2418 /*
2419  * vmap space is limited especially on 32 bit architectures. Ensure there is
2420  * room for at least 16 percpu vmap blocks per CPU.
2421  */
2422 /*
2423  * If we had a constant VMALLOC_START and VMALLOC_END, we'd like to be able
2424  * to #define VMALLOC_SPACE             (VMALLOC_END-VMALLOC_START). Guess
2425  * instead (we just need a rough idea)
2426  */
2427 #if BITS_PER_LONG == 32
2428 #define VMALLOC_SPACE           (128UL*1024*1024)
2429 #else
2430 #define VMALLOC_SPACE           (128UL*1024*1024*1024)
2431 #endif
2432
2433 #define VMALLOC_PAGES           (VMALLOC_SPACE / PAGE_SIZE)
2434 #define VMAP_MAX_ALLOC          BITS_PER_LONG   /* 256K with 4K pages */
2435 #define VMAP_BBMAP_BITS_MAX     1024    /* 4MB with 4K pages */
2436 #define VMAP_BBMAP_BITS_MIN     (VMAP_MAX_ALLOC*2)
2437 #define VMAP_MIN(x, y)          ((x) < (y) ? (x) : (y)) /* can't use min() */
2438 #define VMAP_MAX(x, y)          ((x) > (y) ? (x) : (y)) /* can't use max() */
2439 #define VMAP_BBMAP_BITS         \
2440                 VMAP_MIN(VMAP_BBMAP_BITS_MAX,   \
2441                 VMAP_MAX(VMAP_BBMAP_BITS_MIN,   \
2442                         VMALLOC_PAGES / roundup_pow_of_two(NR_CPUS) / 16))
2443
2444 #define VMAP_BLOCK_SIZE         (VMAP_BBMAP_BITS * PAGE_SIZE)
2445
2446 /*
2447  * Purge threshold to prevent overeager purging of fragmented blocks for
2448  * regular operations: Purge if vb->free is less than 1/4 of the capacity.
2449  */
2450 #define VMAP_PURGE_THRESHOLD    (VMAP_BBMAP_BITS / 4)
2451
2452 #define VMAP_RAM                0x1 /* indicates vm_map_ram area*/
2453 #define VMAP_BLOCK              0x2 /* mark out the vmap_block sub-type*/
2454 #define VMAP_FLAGS_MASK         0x3
2455
2456 struct vmap_block_queue {
2457         spinlock_t lock;
2458         struct list_head free;
2459
2460         /*
2461          * An xarray requires an extra memory dynamically to
2462          * be allocated. If it is an issue, we can use rb-tree
2463          * instead.
2464          */
2465         struct xarray vmap_blocks;
2466 };
2467
2468 struct vmap_block {
2469         spinlock_t lock;
2470         struct vmap_area *va;
2471         unsigned long free, dirty;
2472         DECLARE_BITMAP(used_map, VMAP_BBMAP_BITS);
2473         unsigned long dirty_min, dirty_max; /*< dirty range */
2474         struct list_head free_list;
2475         struct rcu_head rcu_head;
2476         struct list_head purge;
2477 };
2478
2479 /* Queue of free and dirty vmap blocks, for allocation and flushing purposes */
2480 static DEFINE_PER_CPU(struct vmap_block_queue, vmap_block_queue);
2481
2482 /*
2483  * In order to fast access to any "vmap_block" associated with a
2484  * specific address, we use a hash.
2485  *
2486  * A per-cpu vmap_block_queue is used in both ways, to serialize
2487  * an access to free block chains among CPUs(alloc path) and it
2488  * also acts as a vmap_block hash(alloc/free paths). It means we
2489  * overload it, since we already have the per-cpu array which is
2490  * used as a hash table. When used as a hash a 'cpu' passed to
2491  * per_cpu() is not actually a CPU but rather a hash index.
2492  *
2493  * A hash function is addr_to_vb_xa() which hashes any address
2494  * to a specific index(in a hash) it belongs to. This then uses a
2495  * per_cpu() macro to access an array with generated index.
2496  *
2497  * An example:
2498  *
2499  *  CPU_1  CPU_2  CPU_0
2500  *    |      |      |
2501  *    V      V      V
2502  * 0     10     20     30     40     50     60
2503  * |------|------|------|------|------|------|...<vmap address space>
2504  *   CPU0   CPU1   CPU2   CPU0   CPU1   CPU2
2505  *
2506  * - CPU_1 invokes vm_unmap_ram(6), 6 belongs to CPU0 zone, thus
2507  *   it access: CPU0/INDEX0 -> vmap_blocks -> xa_lock;
2508  *
2509  * - CPU_2 invokes vm_unmap_ram(11), 11 belongs to CPU1 zone, thus
2510  *   it access: CPU1/INDEX1 -> vmap_blocks -> xa_lock;
2511  *
2512  * - CPU_0 invokes vm_unmap_ram(20), 20 belongs to CPU2 zone, thus
2513  *   it access: CPU2/INDEX2 -> vmap_blocks -> xa_lock.
2514  *
2515  * This technique almost always avoids lock contention on insert/remove,
2516  * however xarray spinlocks protect against any contention that remains.
2517  */
2518 static struct xarray *
2519 addr_to_vb_xa(unsigned long addr)
2520 {
2521         int index = (addr / VMAP_BLOCK_SIZE) % num_possible_cpus();
2522
2523         return &per_cpu(vmap_block_queue, index).vmap_blocks;
2524 }
2525
2526 /*
2527  * We should probably have a fallback mechanism to allocate virtual memory
2528  * out of partially filled vmap blocks. However vmap block sizing should be
2529  * fairly reasonable according to the vmalloc size, so it shouldn't be a
2530  * big problem.
2531  */
2532
2533 static unsigned long addr_to_vb_idx(unsigned long addr)
2534 {
2535         addr -= VMALLOC_START & ~(VMAP_BLOCK_SIZE-1);
2536         addr /= VMAP_BLOCK_SIZE;
2537         return addr;
2538 }
2539
2540 static void *vmap_block_vaddr(unsigned long va_start, unsigned long pages_off)
2541 {
2542         unsigned long addr;
2543
2544         addr = va_start + (pages_off << PAGE_SHIFT);
2545         BUG_ON(addr_to_vb_idx(addr) != addr_to_vb_idx(va_start));
2546         return (void *)addr;
2547 }
2548
2549 /**
2550  * new_vmap_block - allocates new vmap_block and occupies 2^order pages in this
2551  *                  block. Of course pages number can't exceed VMAP_BBMAP_BITS
2552  * @order:    how many 2^order pages should be occupied in newly allocated block
2553  * @gfp_mask: flags for the page level allocator
2554  *
2555  * Return: virtual address in a newly allocated block or ERR_PTR(-errno)
2556  */
2557 static void *new_vmap_block(unsigned int order, gfp_t gfp_mask)
2558 {
2559         struct vmap_block_queue *vbq;
2560         struct vmap_block *vb;
2561         struct vmap_area *va;
2562         struct xarray *xa;
2563         unsigned long vb_idx;
2564         int node, err;
2565         void *vaddr;
2566
2567         node = numa_node_id();
2568
2569         vb = kmalloc_node(sizeof(struct vmap_block),
2570                         gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
2571         if (unlikely(!vb))
2572                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
2573
2574         va = alloc_vmap_area(VMAP_BLOCK_SIZE, VMAP_BLOCK_SIZE,
2575                                         VMALLOC_START, VMALLOC_END,
2576                                         node, gfp_mask,
2577                                         VMAP_RAM|VMAP_BLOCK);
2578         if (IS_ERR(va)) {
2579                 kfree(vb);
2580                 return ERR_CAST(va);
2581         }
2582
2583         vaddr = vmap_block_vaddr(va->va_start, 0);
2584         spin_lock_init(&vb->lock);
2585         vb->va = va;
2586         /* At least something should be left free */
2587         BUG_ON(VMAP_BBMAP_BITS <= (1UL << order));
2588         bitmap_zero(vb->used_map, VMAP_BBMAP_BITS);
2589         vb->free = VMAP_BBMAP_BITS - (1UL << order);
2590         vb->dirty = 0;
2591         vb->dirty_min = VMAP_BBMAP_BITS;
2592         vb->dirty_max = 0;
2593         bitmap_set(vb->used_map, 0, (1UL << order));
2594         INIT_LIST_HEAD(&vb->free_list);
2595
2596         xa = addr_to_vb_xa(va->va_start);
2597         vb_idx = addr_to_vb_idx(va->va_start);
2598         err = xa_insert(xa, vb_idx, vb, gfp_mask);
2599         if (err) {
2600                 kfree(vb);
2601                 free_vmap_area(va);
2602                 return ERR_PTR(err);
2603         }
2604
2605         vbq = raw_cpu_ptr(&vmap_block_queue);
2606         spin_lock(&vbq->lock);
2607         list_add_tail_rcu(&vb->free_list, &vbq->free);
2608         spin_unlock(&vbq->lock);
2609
2610         return vaddr;
2611 }
2612
2613 static void free_vmap_block(struct vmap_block *vb)
2614 {
2615         struct vmap_node *vn;
2616         struct vmap_block *tmp;
2617         struct xarray *xa;
2618
2619         xa = addr_to_vb_xa(vb->va->va_start);
2620         tmp = xa_erase(xa, addr_to_vb_idx(vb->va->va_start));
2621         BUG_ON(tmp != vb);
2622
2623         vn = addr_to_node(vb->va->va_start);
2624         spin_lock(&vn->busy.lock);
2625         unlink_va(vb->va, &vn->busy.root);
2626         spin_unlock(&vn->busy.lock);
2627
2628         free_vmap_area_noflush(vb->va);
2629         kfree_rcu(vb, rcu_head);
2630 }
2631
2632 static bool purge_fragmented_block(struct vmap_block *vb,
2633                 struct vmap_block_queue *vbq, struct list_head *purge_list,
2634                 bool force_purge)
2635 {
2636         if (vb->free + vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS ||
2637             vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS)
2638                 return false;
2639
2640         /* Don't overeagerly purge usable blocks unless requested */
2641         if (!(force_purge || vb->free < VMAP_PURGE_THRESHOLD))
2642                 return false;
2643
2644         /* prevent further allocs after releasing lock */
2645         WRITE_ONCE(vb->free, 0);
2646         /* prevent purging it again */
2647         WRITE_ONCE(vb->dirty, VMAP_BBMAP_BITS);
2648         vb->dirty_min = 0;
2649         vb->dirty_max = VMAP_BBMAP_BITS;
2650         spin_lock(&vbq->lock);
2651         list_del_rcu(&vb->free_list);
2652         spin_unlock(&vbq->lock);
2653         list_add_tail(&vb->purge, purge_list);
2654         return true;
2655 }
2656
2657 static void free_purged_blocks(struct list_head *purge_list)
2658 {
2659         struct vmap_block *vb, *n_vb;
2660
2661         list_for_each_entry_safe(vb, n_vb, purge_list, purge) {
2662                 list_del(&vb->purge);
2663                 free_vmap_block(vb);
2664         }
2665 }
2666
2667 static void purge_fragmented_blocks(int cpu)
2668 {
2669         LIST_HEAD(purge);
2670         struct vmap_block *vb;
2671         struct vmap_block_queue *vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, cpu);
2672
2673         rcu_read_lock();
2674         list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
2675                 unsigned long free = READ_ONCE(vb->free);
2676                 unsigned long dirty = READ_ONCE(vb->dirty);
2677
2678                 if (free + dirty != VMAP_BBMAP_BITS ||
2679                     dirty == VMAP_BBMAP_BITS)
2680                         continue;
2681
2682                 spin_lock(&vb->lock);
2683                 purge_fragmented_block(vb, vbq, &purge, true);
2684                 spin_unlock(&vb->lock);
2685         }
2686         rcu_read_unlock();
2687         free_purged_blocks(&purge);
2688 }
2689
2690 static void purge_fragmented_blocks_allcpus(void)
2691 {
2692         int cpu;
2693
2694         for_each_possible_cpu(cpu)
2695                 purge_fragmented_blocks(cpu);
2696 }
2697
2698 static void *vb_alloc(unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
2699 {
2700         struct vmap_block_queue *vbq;
2701         struct vmap_block *vb;
2702         void *vaddr = NULL;
2703         unsigned int order;
2704
2705         BUG_ON(offset_in_page(size));
2706         BUG_ON(size > PAGE_SIZE*VMAP_MAX_ALLOC);
2707         if (WARN_ON(size == 0)) {
2708                 /*
2709                  * Allocating 0 bytes isn't what caller wants since
2710                  * get_order(0) returns funny result. Just warn and terminate
2711                  * early.
2712                  */
2713                 return ERR_PTR(-EINVAL);
2714         }
2715         order = get_order(size);
2716
2717         rcu_read_lock();
2718         vbq = raw_cpu_ptr(&vmap_block_queue);
2719         list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
2720                 unsigned long pages_off;
2721
2722                 if (READ_ONCE(vb->free) < (1UL << order))
2723                         continue;
2724
2725                 spin_lock(&vb->lock);
2726                 if (vb->free < (1UL << order)) {
2727                         spin_unlock(&vb->lock);
2728                         continue;
2729                 }
2730
2731                 pages_off = VMAP_BBMAP_BITS - vb->free;
2732                 vaddr = vmap_block_vaddr(vb->va->va_start, pages_off);
2733                 WRITE_ONCE(vb->free, vb->free - (1UL << order));
2734                 bitmap_set(vb->used_map, pages_off, (1UL << order));
2735                 if (vb->free == 0) {
2736                         spin_lock(&vbq->lock);
2737                         list_del_rcu(&vb->free_list);
2738                         spin_unlock(&vbq->lock);
2739                 }
2740
2741                 spin_unlock(&vb->lock);
2742                 break;
2743         }
2744
2745         rcu_read_unlock();
2746
2747         /* Allocate new block if nothing was found */
2748         if (!vaddr)
2749                 vaddr = new_vmap_block(order, gfp_mask);
2750
2751         return vaddr;
2752 }
2753
2754 static void vb_free(unsigned long addr, unsigned long size)
2755 {
2756         unsigned long offset;
2757         unsigned int order;
2758         struct vmap_block *vb;
2759         struct xarray *xa;
2760
2761         BUG_ON(offset_in_page(size));
2762         BUG_ON(size > PAGE_SIZE*VMAP_MAX_ALLOC);
2763
2764         flush_cache_vunmap(addr, addr + size);
2765
2766         order = get_order(size);
2767         offset = (addr & (VMAP_BLOCK_SIZE - 1)) >> PAGE_SHIFT;
2768
2769         xa = addr_to_vb_xa(addr);
2770         vb = xa_load(xa, addr_to_vb_idx(addr));
2771
2772         spin_lock(&vb->lock);
2773         bitmap_clear(vb->used_map, offset, (1UL << order));
2774         spin_unlock(&vb->lock);
2775
2776         vunmap_range_noflush(addr, addr + size);
2777
2778         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2779                 flush_tlb_kernel_range(addr, addr + size);
2780
2781         spin_lock(&vb->lock);
2782
2783         /* Expand the not yet TLB flushed dirty range */
2784         vb->dirty_min = min(vb->dirty_min, offset);
2785         vb->dirty_max = max(vb->dirty_max, offset + (1UL << order));
2786
2787         WRITE_ONCE(vb->dirty, vb->dirty + (1UL << order));
2788         if (vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS) {
2789                 BUG_ON(vb->free);
2790                 spin_unlock(&vb->lock);
2791                 free_vmap_block(vb);
2792         } else
2793                 spin_unlock(&vb->lock);
2794 }
2795
2796 static void _vm_unmap_aliases(unsigned long start, unsigned long end, int flush)
2797 {
2798         LIST_HEAD(purge_list);
2799         int cpu;
2800
2801         if (unlikely(!vmap_initialized))
2802                 return;
2803
2804         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
2805
2806         for_each_possible_cpu(cpu) {
2807                 struct vmap_block_queue *vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, cpu);
2808                 struct vmap_block *vb;
2809                 unsigned long idx;
2810
2811                 rcu_read_lock();
2812                 xa_for_each(&vbq->vmap_blocks, idx, vb) {
2813                         spin_lock(&vb->lock);
2814
2815                         /*
2816                          * Try to purge a fragmented block first. If it's
2817                          * not purgeable, check whether there is dirty
2818                          * space to be flushed.
2819                          */
2820                         if (!purge_fragmented_block(vb, vbq, &purge_list, false) &&
2821                             vb->dirty_max && vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS) {
2822                                 unsigned long va_start = vb->va->va_start;
2823                                 unsigned long s, e;
2824
2825                                 s = va_start + (vb->dirty_min << PAGE_SHIFT);
2826                                 e = va_start + (vb->dirty_max << PAGE_SHIFT);
2827
2828                                 start = min(s, start);
2829                                 end   = max(e, end);
2830
2831                                 /* Prevent that this is flushed again */
2832                                 vb->dirty_min = VMAP_BBMAP_BITS;
2833                                 vb->dirty_max = 0;
2834
2835                                 flush = 1;
2836                         }
2837                         spin_unlock(&vb->lock);
2838                 }
2839                 rcu_read_unlock();
2840         }
2841         free_purged_blocks(&purge_list);
2842
2843         if (!__purge_vmap_area_lazy(start, end, false) && flush)
2844                 flush_tlb_kernel_range(start, end);
2845         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
2846 }
2847
2848 /**
2849  * vm_unmap_aliases - unmap outstanding lazy aliases in the vmap layer
2850  *
2851  * The vmap/vmalloc layer lazily flushes kernel virtual mappings primarily
2852  * to amortize TLB flushing overheads. What this means is that any page you
2853  * have now, may, in a former life, have been mapped into kernel virtual
2854  * address by the vmap layer and so there might be some CPUs with TLB entries
2855  * still referencing that page (additional to the regular 1:1 kernel mapping).
2856  *
2857  * vm_unmap_aliases flushes all such lazy mappings. After it returns, we can
2858  * be sure that none of the pages we have control over will have any aliases
2859  * from the vmap layer.
2860  */
2861 void vm_unmap_aliases(void)
2862 {
2863         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
2864         int flush = 0;
2865
2866         _vm_unmap_aliases(start, end, flush);
2867 }
2868 EXPORT_SYMBOL_GPL(vm_unmap_aliases);
2869
2870 /**
2871  * vm_unmap_ram - unmap linear kernel address space set up by vm_map_ram
2872  * @mem: the pointer returned by vm_map_ram
2873  * @count: the count passed to that vm_map_ram call (cannot unmap partial)
2874  */
2875 void vm_unmap_ram(const void *mem, unsigned int count)
2876 {
2877         unsigned long size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
2878         unsigned long addr = (unsigned long)kasan_reset_tag(mem);
2879         struct vmap_area *va;
2880
2881         might_sleep();
2882         BUG_ON(!addr);
2883         BUG_ON(addr < VMALLOC_START);
2884         BUG_ON(addr > VMALLOC_END);
2885         BUG_ON(!PAGE_ALIGNED(addr));
2886
2887         kasan_poison_vmalloc(mem, size);
2888
2889         if (likely(count <= VMAP_MAX_ALLOC)) {
2890                 debug_check_no_locks_freed(mem, size);
2891                 vb_free(addr, size);
2892                 return;
2893         }
2894
2895         va = find_unlink_vmap_area(addr);
2896         if (WARN_ON_ONCE(!va))
2897                 return;
2898
2899         debug_check_no_locks_freed((void *)va->va_start,
2900                                     (va->va_end - va->va_start));
2901         free_unmap_vmap_area(va);
2902 }
2903 EXPORT_SYMBOL(vm_unmap_ram);
2904
2905 /**
2906  * vm_map_ram - map pages linearly into kernel virtual address (vmalloc space)
2907  * @pages: an array of pointers to the pages to be mapped
2908  * @count: number of pages
2909  * @node: prefer to allocate data structures on this node
2910  *
2911  * If you use this function for less than VMAP_MAX_ALLOC pages, it could be
2912  * faster than vmap so it's good.  But if you mix long-life and short-life
2913  * objects with vm_map_ram(), it could consume lots of address space through
2914  * fragmentation (especially on a 32bit machine).  You could see failures in
2915  * the end.  Please use this function for short-lived objects.
2916  *
2917  * Returns: a pointer to the address that has been mapped, or %NULL on failure
2918  */
2919 void *vm_map_ram(struct page **pages, unsigned int count, int node)
2920 {
2921         unsigned long size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
2922         unsigned long addr;
2923         void *mem;
2924
2925         if (likely(count <= VMAP_MAX_ALLOC)) {
2926                 mem = vb_alloc(size, GFP_KERNEL);
2927                 if (IS_ERR(mem))
2928                         return NULL;
2929                 addr = (unsigned long)mem;
2930         } else {
2931                 struct vmap_area *va;
2932                 va = alloc_vmap_area(size, PAGE_SIZE,
2933                                 VMALLOC_START, VMALLOC_END,
2934                                 node, GFP_KERNEL, VMAP_RAM);
2935                 if (IS_ERR(va))
2936                         return NULL;
2937
2938                 addr = va->va_start;
2939                 mem = (void *)addr;
2940         }
2941
2942         if (vmap_pages_range(addr, addr + size, PAGE_KERNEL,
2943                                 pages, PAGE_SHIFT) < 0) {
2944                 vm_unmap_ram(mem, count);
2945                 return NULL;
2946         }
2947
2948         /*
2949          * Mark the pages as accessible, now that they are mapped.
2950          * With hardware tag-based KASAN, marking is skipped for
2951          * non-VM_ALLOC mappings, see __kasan_unpoison_vmalloc().
2952          */
2953         mem = kasan_unpoison_vmalloc(mem, size, KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL);
2954
2955         return mem;
2956 }
2957 EXPORT_SYMBOL(vm_map_ram);
2958
2959 static struct vm_struct *vmlist __initdata;
2960
2961 static inline unsigned int vm_area_page_order(struct vm_struct *vm)
2962 {
2963 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC
2964         return vm->page_order;
2965 #else
2966         return 0;
2967 #endif
2968 }
2969
2970 static inline void set_vm_area_page_order(struct vm_struct *vm, unsigned int order)
2971 {
2972 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC
2973         vm->page_order = order;
2974 #else
2975         BUG_ON(order != 0);
2976 #endif
2977 }
2978
2979 /**
2980  * vm_area_add_early - add vmap area early during boot
2981  * @vm: vm_struct to add
2982  *
2983  * This function is used to add fixed kernel vm area to vmlist before
2984  * vmalloc_init() is called.  @vm->addr, @vm->size, and @vm->flags
2985  * should contain proper values and the other fields should be zero.
2986  *
2987  * DO NOT USE THIS FUNCTION UNLESS YOU KNOW WHAT YOU'RE DOING.
2988  */
2989 void __init vm_area_add_early(struct vm_struct *vm)
2990 {
2991         struct vm_struct *tmp, **p;
2992
2993         BUG_ON(vmap_initialized);
2994         for (p = &vmlist; (tmp = *p) != NULL; p = &tmp->next) {
2995                 if (tmp->addr >= vm->addr) {
2996                         BUG_ON(tmp->addr < vm->addr + vm->size);
2997                         break;
2998                 } else
2999                         BUG_ON(tmp->addr + tmp->size > vm->addr);
3000         }
3001         vm->next = *p;
3002         *p = vm;
3003 }
3004
3005 /**
3006  * vm_area_register_early - register vmap area early during boot
3007  * @vm: vm_struct to register
3008  * @align: requested alignment
3009  *
3010  * This function is used to register kernel vm area before
3011  * vmalloc_init() is called.  @vm->size and @vm->flags should contain
3012  * proper values on entry and other fields should be zero.  On return,
3013  * vm->addr contains the allocated address.
3014  *
3015  * DO NOT USE THIS FUNCTION UNLESS YOU KNOW WHAT YOU'RE DOING.
3016  */
3017 void __init vm_area_register_early(struct vm_struct *vm, size_t align)
3018 {
3019         unsigned long addr = ALIGN(VMALLOC_START, align);
3020         struct vm_struct *cur, **p;
3021
3022         BUG_ON(vmap_initialized);
3023
3024         for (p = &vmlist; (cur = *p) != NULL; p = &cur->next) {
3025                 if ((unsigned long)cur->addr - addr >= vm->size)
3026                         break;
3027                 addr = ALIGN((unsigned long)cur->addr + cur->size, align);
3028         }
3029
3030         BUG_ON(addr > VMALLOC_END - vm->size);
3031         vm->addr = (void *)addr;
3032         vm->next = *p;
3033         *p = vm;
3034         kasan_populate_early_vm_area_shadow(vm->addr, vm->size);
3035 }
3036
3037 static inline void setup_vmalloc_vm_locked(struct vm_struct *vm,
3038         struct vmap_area *va, unsigned long flags, const void *caller)
3039 {
3040         vm->flags = flags;
3041         vm->addr = (void *)va->va_start;
3042         vm->size = va->va_end - va->va_start;
3043         vm->caller = caller;
3044         va->vm = vm;
3045 }
3046
3047 static void setup_vmalloc_vm(struct vm_struct *vm, struct vmap_area *va,
3048                               unsigned long flags, const void *caller)
3049 {
3050         struct vmap_node *vn = addr_to_node(va->va_start);
3051
3052         spin_lock(&vn->busy.lock);
3053         setup_vmalloc_vm_locked(vm, va, flags, caller);
3054         spin_unlock(&vn->busy.lock);
3055 }
3056
3057 static void clear_vm_uninitialized_flag(struct vm_struct *vm)
3058 {
3059         /*
3060          * Before removing VM_UNINITIALIZED,
3061          * we should make sure that vm has proper values.
3062          * Pair with smp_rmb() in show_numa_info().
3063          */
3064         smp_wmb();
3065         vm->flags &= ~VM_UNINITIALIZED;
3066 }
3067
3068 static struct vm_struct *__get_vm_area_node(unsigned long size,
3069                 unsigned long align, unsigned long shift, unsigned long flags,
3070                 unsigned long start, unsigned long end, int node,
3071                 gfp_t gfp_mask, const void *caller)
3072 {
3073         struct vmap_area *va;
3074         struct vm_struct *area;
3075         unsigned long requested_size = size;
3076
3077         BUG_ON(in_interrupt());
3078         size = ALIGN(size, 1ul << shift);
3079         if (unlikely(!size))
3080                 return NULL;
3081
3082         if (flags & VM_IOREMAP)
3083                 align = 1ul << clamp_t(int, get_count_order_long(size),
3084                                        PAGE_SHIFT, IOREMAP_MAX_ORDER);
3085
3086         area = kzalloc_node(sizeof(*area), gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
3087         if (unlikely(!area))
3088                 return NULL;
3089
3090         if (!(flags & VM_NO_GUARD))
3091                 size += PAGE_SIZE;
3092
3093         va = alloc_vmap_area(size, align, start, end, node, gfp_mask, 0);
3094         if (IS_ERR(va)) {
3095                 kfree(area);
3096                 return NULL;
3097         }
3098
3099         setup_vmalloc_vm(area, va, flags, caller);
3100
3101         /*
3102          * Mark pages for non-VM_ALLOC mappings as accessible. Do it now as a
3103          * best-effort approach, as they can be mapped outside of vmalloc code.
3104          * For VM_ALLOC mappings, the pages are marked as accessible after
3105          * getting mapped in __vmalloc_node_range().
3106          * With hardware tag-based KASAN, marking is skipped for
3107          * non-VM_ALLOC mappings, see __kasan_unpoison_vmalloc().
3108          */
3109         if (!(flags & VM_ALLOC))
3110                 area->addr = kasan_unpoison_vmalloc(area->addr, requested_size,
3111                                                     KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL);
3112
3113         return area;
3114 }
3115
3116 struct vm_struct *__get_vm_area_caller(unsigned long size, unsigned long flags,
3117                                        unsigned long start, unsigned long end,
3118                                        const void *caller)
3119 {
3120         return __get_vm_area_node(size, 1, PAGE_SHIFT, flags, start, end,
3121                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL, caller);
3122 }
3123
3124 /**
3125  * get_vm_area - reserve a contiguous kernel virtual area
3126  * @size:        size of the area
3127  * @flags:       %VM_IOREMAP for I/O mappings or VM_ALLOC
3128  *
3129  * Search an area of @size in the kernel virtual mapping area,
3130  * and reserved it for out purposes.  Returns the area descriptor
3131  * on success or %NULL on failure.
3132  *
3133  * Return: the area descriptor on success or %NULL on failure.
3134  */
3135 struct vm_struct *get_vm_area(unsigned long size, unsigned long flags)
3136 {
3137         return __get_vm_area_node(size, 1, PAGE_SHIFT, flags,
3138                                   VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3139                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL,
3140                                   __builtin_return_address(0));
3141 }
3142
3143 struct vm_struct *get_vm_area_caller(unsigned long size, unsigned long flags,
3144                                 const void *caller)
3145 {
3146         return __get_vm_area_node(size, 1, PAGE_SHIFT, flags,
3147                                   VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3148                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL, caller);
3149 }
3150
3151 /**
3152  * find_vm_area - find a continuous kernel virtual area
3153  * @addr:         base address
3154  *
3155  * Search for the kernel VM area starting at @addr, and return it.
3156  * It is up to the caller to do all required locking to keep the returned
3157  * pointer valid.
3158  *
3159  * Return: the area descriptor on success or %NULL on failure.
3160  */
3161 struct vm_struct *find_vm_area(const void *addr)
3162 {
3163         struct vmap_area *va;
3164
3165         va = find_vmap_area((unsigned long)addr);
3166         if (!va)
3167                 return NULL;
3168
3169         return va->vm;
3170 }
3171
3172 /**
3173  * remove_vm_area - find and remove a continuous kernel virtual area
3174  * @addr:           base address
3175  *
3176  * Search for the kernel VM area starting at @addr, and remove it.
3177  * This function returns the found VM area, but using it is NOT safe
3178  * on SMP machines, except for its size or flags.
3179  *
3180  * Return: the area descriptor on success or %NULL on failure.
3181  */
3182 struct vm_struct *remove_vm_area(const void *addr)
3183 {
3184         struct vmap_area *va;
3185         struct vm_struct *vm;
3186
3187         might_sleep();
3188
3189         if (WARN(!PAGE_ALIGNED(addr), "Trying to vfree() bad address (%p)\n",
3190                         addr))
3191                 return NULL;
3192
3193         va = find_unlink_vmap_area((unsigned long)addr);
3194         if (!va || !va->vm)
3195                 return NULL;
3196         vm = va->vm;
3197
3198         debug_check_no_locks_freed(vm->addr, get_vm_area_size(vm));
3199         debug_check_no_obj_freed(vm->addr, get_vm_area_size(vm));
3200         kasan_free_module_shadow(vm);
3201         kasan_poison_vmalloc(vm->addr, get_vm_area_size(vm));
3202
3203         free_unmap_vmap_area(va);
3204         return vm;
3205 }
3206
3207 static inline void set_area_direct_map(const struct vm_struct *area,
3208                                        int (*set_direct_map)(struct page *page))
3209 {
3210         int i;
3211
3212         /* HUGE_VMALLOC passes small pages to set_direct_map */
3213         for (i = 0; i < area->nr_pages; i++)
3214                 if (page_address(area->pages[i]))
3215                         set_direct_map(area->pages[i]);
3216 }
3217
3218 /*
3219  * Flush the vm mapping and reset the direct map.
3220  */
3221 static void vm_reset_perms(struct vm_struct *area)
3222 {
3223         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
3224         unsigned int page_order = vm_area_page_order(area);
3225         int flush_dmap = 0;
3226         int i;
3227
3228         /*
3229          * Find the start and end range of the direct mappings to make sure that
3230          * the vm_unmap_aliases() flush includes the direct map.
3231          */
3232         for (i = 0; i < area->nr_pages; i += 1U << page_order) {
3233                 unsigned long addr = (unsigned long)page_address(area->pages[i]);
3234
3235                 if (addr) {
3236                         unsigned long page_size;
3237
3238                         page_size = PAGE_SIZE << page_order;
3239                         start = min(addr, start);
3240                         end = max(addr + page_size, end);
3241                         flush_dmap = 1;
3242                 }
3243         }
3244
3245         /*
3246          * Set direct map to something invalid so that it won't be cached if
3247          * there are any accesses after the TLB flush, then flush the TLB and
3248          * reset the direct map permissions to the default.
3249          */
3250         set_area_direct_map(area, set_direct_map_invalid_noflush);
3251         _vm_unmap_aliases(start, end, flush_dmap);
3252         set_area_direct_map(area, set_direct_map_default_noflush);
3253 }
3254
3255 static void delayed_vfree_work(struct work_struct *w)
3256 {
3257         struct vfree_deferred *p = container_of(w, struct vfree_deferred, wq);
3258         struct llist_node *t, *llnode;
3259
3260         llist_for_each_safe(llnode, t, llist_del_all(&p->list))
3261                 vfree(llnode);
3262 }
3263
3264 /**
3265  * vfree_atomic - release memory allocated by vmalloc()
3266  * @addr:         memory base address
3267  *
3268  * This one is just like vfree() but can be called in any atomic context
3269  * except NMIs.
3270  */
3271 void vfree_atomic(const void *addr)
3272 {
3273         struct vfree_deferred *p = raw_cpu_ptr(&vfree_deferred);
3274
3275         BUG_ON(in_nmi());
3276         kmemleak_free(addr);
3277
3278         /*
3279          * Use raw_cpu_ptr() because this can be called from preemptible
3280          * context. Preemption is absolutely fine here, because the llist_add()
3281          * implementation is lockless, so it works even if we are adding to
3282          * another cpu's list. schedule_work() should be fine with this too.
3283          */
3284         if (addr && llist_add((struct llist_node *)addr, &p->list))
3285                 schedule_work(&p->wq);
3286 }
3287
3288 /**
3289  * vfree - Release memory allocated by vmalloc()
3290  * @addr:  Memory base address
3291  *
3292  * Free the virtually continuous memory area starting at @addr, as obtained
3293  * from one of the vmalloc() family of APIs.  This will usually also free the
3294  * physical memory underlying the virtual allocation, but that memory is
3295  * reference counted, so it will not be freed until the last user goes away.
3296  *
3297  * If @addr is NULL, no operation is performed.
3298  *
3299  * Context:
3300  * May sleep if called *not* from interrupt context.
3301  * Must not be called in NMI context (strictly speaking, it could be
3302  * if we have CONFIG_ARCH_HAVE_NMI_SAFE_CMPXCHG, but making the calling
3303  * conventions for vfree() arch-dependent would be a really bad idea).
3304  */
3305 void vfree(const void *addr)
3306 {
3307         struct vm_struct *vm;
3308         int i;
3309
3310         if (unlikely(in_interrupt())) {
3311                 vfree_atomic(addr);
3312                 return;
3313         }
3314
3315         BUG_ON(in_nmi());
3316         kmemleak_free(addr);
3317         might_sleep();
3318
3319         if (!addr)
3320                 return;
3321
3322         vm = remove_vm_area(addr);
3323         if (unlikely(!vm)) {
3324                 WARN(1, KERN_ERR "Trying to vfree() nonexistent vm area (%p)\n",
3325                                 addr);
3326                 return;
3327         }
3328
3329         if (unlikely(vm->flags & VM_FLUSH_RESET_PERMS))
3330                 vm_reset_perms(vm);
3331         for (i = 0; i < vm->nr_pages; i++) {
3332                 struct page *page = vm->pages[i];
3333
3334                 BUG_ON(!page);
3335                 mod_memcg_page_state(page, MEMCG_VMALLOC, -1);
3336                 /*
3337                  * High-order allocs for huge vmallocs are split, so
3338                  * can be freed as an array of order-0 allocations
3339                  */
3340                 __free_page(page);
3341                 cond_resched();
3342         }
3343         atomic_long_sub(vm->nr_pages, &nr_vmalloc_pages);
3344         kvfree(vm->pages);
3345         kfree(vm);
3346 }
3347 EXPORT_SYMBOL(vfree);
3348
3349 /**
3350  * vunmap - release virtual mapping obtained by vmap()
3351  * @addr:   memory base address
3352  *
3353  * Free the virtually contiguous memory area starting at @addr,
3354  * which was created from the page array passed to vmap().
3355  *
3356  * Must not be called in interrupt context.
3357  */
3358 void vunmap(const void *addr)
3359 {
3360         struct vm_struct *vm;
3361
3362         BUG_ON(in_interrupt());
3363         might_sleep();
3364
3365         if (!addr)
3366                 return;
3367         vm = remove_vm_area(addr);
3368         if (unlikely(!vm)) {
3369                 WARN(1, KERN_ERR "Trying to vunmap() nonexistent vm area (%p)\n",
3370                                 addr);
3371                 return;
3372         }
3373         kfree(vm);
3374 }
3375 EXPORT_SYMBOL(vunmap);
3376
3377 /**
3378  * vmap - map an array of pages into virtually contiguous space
3379  * @pages: array of page pointers
3380  * @count: number of pages to map
3381  * @flags: vm_area->flags
3382  * @prot: page protection for the mapping
3383  *
3384  * Maps @count pages from @pages into contiguous kernel virtual space.
3385  * If @flags contains %VM_MAP_PUT_PAGES the ownership of the pages array itself
3386  * (which must be kmalloc or vmalloc memory) and one reference per pages in it
3387  * are transferred from the caller to vmap(), and will be freed / dropped when
3388  * vfree() is called on the return value.
3389  *
3390  * Return: the address of the area or %NULL on failure
3391  */
3392 void *vmap(struct page **pages, unsigned int count,
3393            unsigned long flags, pgprot_t prot)
3394 {
3395         struct vm_struct *area;
3396         unsigned long addr;
3397         unsigned long size;             /* In bytes */
3398
3399         might_sleep();
3400
3401         if (WARN_ON_ONCE(flags & VM_FLUSH_RESET_PERMS))
3402                 return NULL;
3403
3404         /*
3405          * Your top guard is someone else's bottom guard. Not having a top
3406          * guard compromises someone else's mappings too.
3407          */
3408         if (WARN_ON_ONCE(flags & VM_NO_GUARD))
3409                 flags &= ~VM_NO_GUARD;
3410
3411         if (count > totalram_pages())
3412                 return NULL;
3413
3414         size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
3415         area = get_vm_area_caller(size, flags, __builtin_return_address(0));
3416         if (!area)
3417                 return NULL;
3418
3419         addr = (unsigned long)area->addr;
3420         if (vmap_pages_range(addr, addr + size, pgprot_nx(prot),
3421                                 pages, PAGE_SHIFT) < 0) {
3422                 vunmap(area->addr);
3423                 return NULL;
3424         }
3425
3426         if (flags & VM_MAP_PUT_PAGES) {
3427                 area->pages = pages;
3428                 area->nr_pages = count;
3429         }
3430         return area->addr;
3431 }
3432 EXPORT_SYMBOL(vmap);
3433
3434 #ifdef CONFIG_VMAP_PFN
3435 struct vmap_pfn_data {
3436         unsigned long   *pfns;
3437         pgprot_t        prot;
3438         unsigned int    idx;
3439 };
3440
3441 static int vmap_pfn_apply(pte_t *pte, unsigned long addr, void *private)
3442 {
3443         struct vmap_pfn_data *data = private;
3444         unsigned long pfn = data->pfns[data->idx];
3445         pte_t ptent;
3446
3447         if (WARN_ON_ONCE(pfn_valid(pfn)))
3448                 return -EINVAL;
3449
3450         ptent = pte_mkspecial(pfn_pte(pfn, data->prot));
3451         set_pte_at(&init_mm, addr, pte, ptent);
3452
3453         data->idx++;
3454         return 0;
3455 }
3456
3457 /**
3458  * vmap_pfn - map an array of PFNs into virtually contiguous space
3459  * @pfns: array of PFNs
3460  * @count: number of pages to map
3461  * @prot: page protection for the mapping
3462  *
3463  * Maps @count PFNs from @pfns into contiguous kernel virtual space and returns
3464  * the start address of the mapping.
3465  */
3466 void *vmap_pfn(unsigned long *pfns, unsigned int count, pgprot_t prot)
3467 {
3468         struct vmap_pfn_data data = { .pfns = pfns, .prot = pgprot_nx(prot) };
3469         struct vm_struct *area;
3470
3471         area = get_vm_area_caller(count * PAGE_SIZE, VM_IOREMAP,
3472                         __builtin_return_address(0));
3473         if (!area)
3474                 return NULL;
3475         if (apply_to_page_range(&init_mm, (unsigned long)area->addr,
3476                         count * PAGE_SIZE, vmap_pfn_apply, &data)) {
3477                 free_vm_area(area);
3478                 return NULL;
3479         }
3480
3481         flush_cache_vmap((unsigned long)area->addr,
3482                          (unsigned long)area->addr + count * PAGE_SIZE);
3483
3484         return area->addr;
3485 }
3486 EXPORT_SYMBOL_GPL(vmap_pfn);
3487 #endif /* CONFIG_VMAP_PFN */
3488
3489 static inline unsigned int
3490 vm_area_alloc_pages(gfp_t gfp, int nid,
3491                 unsigned int order, unsigned int nr_pages, struct page **pages)
3492 {
3493         unsigned int nr_allocated = 0;
3494         gfp_t alloc_gfp = gfp;
3495         bool nofail = false;
3496         struct page *page;
3497         int i;
3498
3499         /*
3500          * For order-0 pages we make use of bulk allocator, if
3501          * the page array is partly or not at all populated due
3502          * to fails, fallback to a single page allocator that is
3503          * more permissive.
3504          */
3505         if (!order) {
3506                 /* bulk allocator doesn't support nofail req. officially */
3507                 gfp_t bulk_gfp = gfp & ~__GFP_NOFAIL;
3508
3509                 while (nr_allocated < nr_pages) {
3510                         unsigned int nr, nr_pages_request;
3511
3512                         /*
3513                          * A maximum allowed request is hard-coded and is 100
3514                          * pages per call. That is done in order to prevent a
3515                          * long preemption off scenario in the bulk-allocator
3516                          * so the range is [1:100].
3517                          */
3518                         nr_pages_request = min(100U, nr_pages - nr_allocated);
3519
3520                         /* memory allocation should consider mempolicy, we can't
3521                          * wrongly use nearest node when nid == NUMA_NO_NODE,
3522                          * otherwise memory may be allocated in only one node,
3523                          * but mempolicy wants to alloc memory by interleaving.
3524                          */
3525                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && nid == NUMA_NO_NODE)
3526                                 nr = alloc_pages_bulk_array_mempolicy(bulk_gfp,
3527                                                         nr_pages_request,
3528                                                         pages + nr_allocated);
3529
3530                         else
3531                                 nr = alloc_pages_bulk_array_node(bulk_gfp, nid,
3532                                                         nr_pages_request,
3533                                                         pages + nr_allocated);
3534
3535                         nr_allocated += nr;
3536                         cond_resched();
3537
3538                         /*
3539                          * If zero or pages were obtained partly,
3540                          * fallback to a single page allocator.
3541                          */
3542                         if (nr != nr_pages_request)
3543                                 break;
3544                 }
3545         } else if (gfp & __GFP_NOFAIL) {
3546                 /*
3547                  * Higher order nofail allocations are really expensive and
3548                  * potentially dangerous (pre-mature OOM, disruptive reclaim
3549                  * and compaction etc.
3550                  */
3551                 alloc_gfp &= ~__GFP_NOFAIL;
3552                 nofail = true;
3553         }
3554
3555         /* High-order pages or fallback path if "bulk" fails. */
3556         while (nr_allocated < nr_pages) {
3557                 if (fatal_signal_pending(current))
3558                         break;
3559
3560                 if (nid == NUMA_NO_NODE)
3561                         page = alloc_pages(alloc_gfp, order);
3562                 else
3563                         page = alloc_pages_node(nid, alloc_gfp, order);
3564                 if (unlikely(!page)) {
3565                         if (!nofail)
3566                                 break;
3567
3568                         /* fall back to the zero order allocations */
3569                         alloc_gfp |= __GFP_NOFAIL;
3570                         order = 0;
3571                         continue;
3572                 }
3573
3574                 /*
3575                  * Higher order allocations must be able to be treated as
3576                  * indepdenent small pages by callers (as they can with
3577                  * small-page vmallocs). Some drivers do their own refcounting
3578                  * on vmalloc_to_page() pages, some use page->mapping,
3579                  * page->lru, etc.
3580                  */
3581                 if (order)
3582                         split_page(page, order);
3583
3584                 /*
3585                  * Careful, we allocate and map page-order pages, but
3586                  * tracking is done per PAGE_SIZE page so as to keep the
3587                  * vm_struct APIs independent of the physical/mapped size.
3588                  */
3589                 for (i = 0; i < (1U << order); i++)
3590                         pages[nr_allocated + i] = page + i;
3591
3592                 cond_resched();
3593                 nr_allocated += 1U << order;
3594         }
3595
3596         return nr_allocated;
3597 }
3598
3599 static void *__vmalloc_area_node(struct vm_struct *area, gfp_t gfp_mask,
3600                                  pgprot_t prot, unsigned int page_shift,
3601                                  int node)
3602 {
3603         const gfp_t nested_gfp = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) | __GFP_ZERO;
3604         bool nofail = gfp_mask & __GFP_NOFAIL;
3605         unsigned long addr = (unsigned long)area->addr;
3606         unsigned long size = get_vm_area_size(area);
3607         unsigned long array_size;
3608         unsigned int nr_small_pages = size >> PAGE_SHIFT;
3609         unsigned int page_order;
3610         unsigned int flags;
3611         int ret;
3612
3613         array_size = (unsigned long)nr_small_pages * sizeof(struct page *);
3614
3615         if (!(gfp_mask & (GFP_DMA | GFP_DMA32)))
3616                 gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
3617
3618         /* Please note that the recursion is strictly bounded. */
3619         if (array_size > PAGE_SIZE) {
3620                 area->pages = __vmalloc_node(array_size, 1, nested_gfp, node,
3621                                         area->caller);
3622         } else {
3623                 area->pages = kmalloc_node(array_size, nested_gfp, node);
3624         }
3625
3626         if (!area->pages) {
3627                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3628                         "vmalloc error: size %lu, failed to allocated page array size %lu",
3629                         nr_small_pages * PAGE_SIZE, array_size);
3630                 free_vm_area(area);
3631                 return NULL;
3632         }
3633
3634         set_vm_area_page_order(area, page_shift - PAGE_SHIFT);
3635         page_order = vm_area_page_order(area);
3636
3637         area->nr_pages = vm_area_alloc_pages(gfp_mask | __GFP_NOWARN,
3638                 node, page_order, nr_small_pages, area->pages);
3639
3640         atomic_long_add(area->nr_pages, &nr_vmalloc_pages);
3641         if (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) {
3642                 int i;
3643
3644                 for (i = 0; i < area->nr_pages; i++)
3645                         mod_memcg_page_state(area->pages[i], MEMCG_VMALLOC, 1);
3646         }
3647
3648         /*
3649          * If not enough pages were obtained to accomplish an
3650          * allocation request, free them via vfree() if any.
3651          */
3652         if (area->nr_pages != nr_small_pages) {
3653                 /*
3654                  * vm_area_alloc_pages() can fail due to insufficient memory but
3655                  * also:-
3656                  *
3657                  * - a pending fatal signal
3658                  * - insufficient huge page-order pages
3659                  *
3660                  * Since we always retry allocations at order-0 in the huge page
3661                  * case a warning for either is spurious.
3662                  */
3663                 if (!fatal_signal_pending(current) && page_order == 0)
3664                         warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3665                                 "vmalloc error: size %lu, failed to allocate pages",
3666                                 area->nr_pages * PAGE_SIZE);
3667                 goto fail;
3668         }
3669
3670         /*
3671          * page tables allocations ignore external gfp mask, enforce it
3672          * by the scope API
3673          */
3674         if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == __GFP_IO)
3675                 flags = memalloc_nofs_save();
3676         else if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == 0)
3677                 flags = memalloc_noio_save();
3678
3679         do {
3680                 ret = vmap_pages_range(addr, addr + size, prot, area->pages,
3681                         page_shift);
3682                 if (nofail && (ret < 0))
3683                         schedule_timeout_uninterruptible(1);
3684         } while (nofail && (ret < 0));
3685
3686         if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == __GFP_IO)
3687                 memalloc_nofs_restore(flags);
3688         else if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == 0)
3689                 memalloc_noio_restore(flags);
3690
3691         if (ret < 0) {
3692                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3693                         "vmalloc error: size %lu, failed to map pages",
3694                         area->nr_pages * PAGE_SIZE);
3695                 goto fail;
3696         }
3697
3698         return area->addr;
3699
3700 fail:
3701         vfree(area->addr);
3702         return NULL;
3703 }
3704
3705 /**
3706  * __vmalloc_node_range - allocate virtually contiguous memory
3707  * @size:                 allocation size
3708  * @align:                desired alignment
3709  * @start:                vm area range start
3710  * @end:                  vm area range end
3711  * @gfp_mask:             flags for the page level allocator
3712  * @prot:                 protection mask for the allocated pages
3713  * @vm_flags:             additional vm area flags (e.g. %VM_NO_GUARD)
3714  * @node:                 node to use for allocation or NUMA_NO_NODE
3715  * @caller:               caller's return address
3716  *
3717  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3718  * allocator with @gfp_mask flags. Please note that the full set of gfp
3719  * flags are not supported. GFP_KERNEL, GFP_NOFS and GFP_NOIO are all
3720  * supported.
3721  * Zone modifiers are not supported. From the reclaim modifiers
3722  * __GFP_DIRECT_RECLAIM is required (aka GFP_NOWAIT is not supported)
3723  * and only __GFP_NOFAIL is supported (i.e. __GFP_NORETRY and
3724  * __GFP_RETRY_MAYFAIL are not supported).
3725  *
3726  * __GFP_NOWARN can be used to suppress failures messages.
3727  *
3728  * Map them into contiguous kernel virtual space, using a pagetable
3729  * protection of @prot.
3730  *
3731  * Return: the address of the area or %NULL on failure
3732  */
3733 void *__vmalloc_node_range(unsigned long size, unsigned long align,
3734                         unsigned long start, unsigned long end, gfp_t gfp_mask,
3735                         pgprot_t prot, unsigned long vm_flags, int node,
3736                         const void *caller)
3737 {
3738         struct vm_struct *area;
3739         void *ret;
3740         kasan_vmalloc_flags_t kasan_flags = KASAN_VMALLOC_NONE;
3741         unsigned long real_size = size;
3742         unsigned long real_align = align;
3743         unsigned int shift = PAGE_SHIFT;
3744
3745         if (WARN_ON_ONCE(!size))
3746                 return NULL;
3747
3748         if ((size >> PAGE_SHIFT) > totalram_pages()) {
3749                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3750                         "vmalloc error: size %lu, exceeds total pages",
3751                         real_size);
3752                 return NULL;
3753         }
3754
3755         if (vmap_allow_huge && (vm_flags & VM_ALLOW_HUGE_VMAP)) {
3756                 unsigned long size_per_node;
3757
3758                 /*
3759                  * Try huge pages. Only try for PAGE_KERNEL allocations,
3760                  * others like modules don't yet expect huge pages in
3761                  * their allocations due to apply_to_page_range not
3762                  * supporting them.
3763                  */
3764
3765                 size_per_node = size;
3766                 if (node == NUMA_NO_NODE)
3767                         size_per_node /= num_online_nodes();
3768                 if (arch_vmap_pmd_supported(prot) && size_per_node >= PMD_SIZE)
3769                         shift = PMD_SHIFT;
3770                 else
3771                         shift = arch_vmap_pte_supported_shift(size_per_node);
3772
3773                 align = max(real_align, 1UL << shift);
3774                 size = ALIGN(real_size, 1UL << shift);
3775         }
3776
3777 again:
3778         area = __get_vm_area_node(real_size, align, shift, VM_ALLOC |
3779                                   VM_UNINITIALIZED | vm_flags, start, end, node,
3780                                   gfp_mask, caller);
3781         if (!area) {
3782                 bool nofail = gfp_mask & __GFP_NOFAIL;
3783                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3784                         "vmalloc error: size %lu, vm_struct allocation failed%s",
3785                         real_size, (nofail) ? ". Retrying." : "");
3786                 if (nofail) {
3787                         schedule_timeout_uninterruptible(1);
3788                         goto again;
3789                 }
3790                 goto fail;
3791         }
3792
3793         /*
3794          * Prepare arguments for __vmalloc_area_node() and
3795          * kasan_unpoison_vmalloc().
3796          */
3797         if (pgprot_val(prot) == pgprot_val(PAGE_KERNEL)) {
3798                 if (kasan_hw_tags_enabled()) {
3799                         /*
3800                          * Modify protection bits to allow tagging.
3801                          * This must be done before mapping.
3802                          */
3803                         prot = arch_vmap_pgprot_tagged(prot);
3804
3805                         /*
3806                          * Skip page_alloc poisoning and zeroing for physical
3807                          * pages backing VM_ALLOC mapping. Memory is instead
3808                          * poisoned and zeroed by kasan_unpoison_vmalloc().
3809                          */
3810                         gfp_mask |= __GFP_SKIP_KASAN | __GFP_SKIP_ZERO;
3811                 }
3812
3813                 /* Take note that the mapping is PAGE_KERNEL. */
3814                 kasan_flags |= KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL;
3815         }
3816
3817         /* Allocate physical pages and map them into vmalloc space. */
3818         ret = __vmalloc_area_node(area, gfp_mask, prot, shift, node);
3819         if (!ret)
3820                 goto fail;
3821
3822         /*
3823          * Mark the pages as accessible, now that they are mapped.
3824          * The condition for setting KASAN_VMALLOC_INIT should complement the
3825          * one in post_alloc_hook() with regards to the __GFP_SKIP_ZERO check
3826          * to make sure that memory is initialized under the same conditions.
3827          * Tag-based KASAN modes only assign tags to normal non-executable
3828          * allocations, see __kasan_unpoison_vmalloc().
3829          */
3830         kasan_flags |= KASAN_VMALLOC_VM_ALLOC;
3831         if (!want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_mask) &&
3832             (gfp_mask & __GFP_SKIP_ZERO))
3833                 kasan_flags |= KASAN_VMALLOC_INIT;
3834         /* KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL already set if required. */
3835         area->addr = kasan_unpoison_vmalloc(area->addr, real_size, kasan_flags);
3836
3837         /*
3838          * In this function, newly allocated vm_struct has VM_UNINITIALIZED
3839          * flag. It means that vm_struct is not fully initialized.
3840          * Now, it is fully initialized, so remove this flag here.
3841          */
3842         clear_vm_uninitialized_flag(area);
3843
3844         size = PAGE_ALIGN(size);
3845         if (!(vm_flags & VM_DEFER_KMEMLEAK))
3846                 kmemleak_vmalloc(area, size, gfp_mask);
3847
3848         return area->addr;
3849
3850 fail:
3851         if (shift > PAGE_SHIFT) {
3852                 shift = PAGE_SHIFT;
3853                 align = real_align;
3854                 size = real_size;
3855                 goto again;
3856         }
3857
3858         return NULL;
3859 }
3860
3861 /**
3862  * __vmalloc_node - allocate virtually contiguous memory
3863  * @size:           allocation size
3864  * @align:          desired alignment
3865  * @gfp_mask:       flags for the page level allocator
3866  * @node:           node to use for allocation or NUMA_NO_NODE
3867  * @caller:         caller's return address
3868  *
3869  * Allocate enough pages to cover @size from the page level allocator with
3870  * @gfp_mask flags.  Map them into contiguous kernel virtual space.
3871  *
3872  * Reclaim modifiers in @gfp_mask - __GFP_NORETRY, __GFP_RETRY_MAYFAIL
3873  * and __GFP_NOFAIL are not supported
3874  *
3875  * Any use of gfp flags outside of GFP_KERNEL should be consulted
3876  * with mm people.
3877  *
3878  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3879  */
3880 void *__vmalloc_node(unsigned long size, unsigned long align,
3881                             gfp_t gfp_mask, int node, const void *caller)
3882 {
3883         return __vmalloc_node_range(size, align, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3884                                 gfp_mask, PAGE_KERNEL, 0, node, caller);
3885 }
3886 /*
3887  * This is only for performance analysis of vmalloc and stress purpose.
3888  * It is required by vmalloc test module, therefore do not use it other
3889  * than that.
3890  */
3891 #ifdef CONFIG_TEST_VMALLOC_MODULE
3892 EXPORT_SYMBOL_GPL(__vmalloc_node);
3893 #endif
3894
3895 void *__vmalloc(unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
3896 {
3897         return __vmalloc_node(size, 1, gfp_mask, NUMA_NO_NODE,
3898                                 __builtin_return_address(0));
3899 }
3900 EXPORT_SYMBOL(__vmalloc);
3901
3902 /**
3903  * vmalloc - allocate virtually contiguous memory
3904  * @size:    allocation size
3905  *
3906  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3907  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3908  *
3909  * For tight control over page level allocator and protection flags
3910  * use __vmalloc() instead.
3911  *
3912  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3913  */
3914 void *vmalloc(unsigned long size)
3915 {
3916         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL, NUMA_NO_NODE,
3917                                 __builtin_return_address(0));
3918 }
3919 EXPORT_SYMBOL(vmalloc);
3920
3921 /**
3922  * vmalloc_huge - allocate virtually contiguous memory, allow huge pages
3923  * @size:      allocation size
3924  * @gfp_mask:  flags for the page level allocator
3925  *
3926  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3927  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3928  * If @size is greater than or equal to PMD_SIZE, allow using
3929  * huge pages for the memory
3930  *
3931  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3932  */
3933 void *vmalloc_huge(unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
3934 {
3935         return __vmalloc_node_range(size, 1, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3936                                     gfp_mask, PAGE_KERNEL, VM_ALLOW_HUGE_VMAP,
3937                                     NUMA_NO_NODE, __builtin_return_address(0));
3938 }
3939 EXPORT_SYMBOL_GPL(vmalloc_huge);
3940
3941 /**
3942  * vzalloc - allocate virtually contiguous memory with zero fill
3943  * @size:    allocation size
3944  *
3945  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3946  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3947  * The memory allocated is set to zero.
3948  *
3949  * For tight control over page level allocator and protection flags
3950  * use __vmalloc() instead.
3951  *
3952  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3953  */
3954 void *vzalloc(unsigned long size)
3955 {
3956         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, NUMA_NO_NODE,
3957                                 __builtin_return_address(0));
3958 }
3959 EXPORT_SYMBOL(vzalloc);
3960
3961 /**
3962  * vmalloc_user - allocate zeroed virtually contiguous memory for userspace
3963  * @size: allocation size
3964  *
3965  * The resulting memory area is zeroed so it can be mapped to userspace
3966  * without leaking data.
3967  *
3968  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3969  */
3970 void *vmalloc_user(unsigned long size)
3971 {
3972         return __vmalloc_node_range(size, SHMLBA,  VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3973                                     GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, PAGE_KERNEL,
3974                                     VM_USERMAP, NUMA_NO_NODE,
3975                                     __builtin_return_address(0));
3976 }
3977 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_user);
3978
3979 /**
3980  * vmalloc_node - allocate memory on a specific node
3981  * @size:         allocation size
3982  * @node:         numa node
3983  *
3984  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3985  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3986  *
3987  * For tight control over page level allocator and protection flags
3988  * use __vmalloc() instead.
3989  *
3990  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3991  */
3992 void *vmalloc_node(unsigned long size, int node)
3993 {
3994         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL, node,
3995                         __builtin_return_address(0));
3996 }
3997 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_node);
3998
3999 /**
4000  * vzalloc_node - allocate memory on a specific node with zero fill
4001  * @size:       allocation size
4002  * @node:       numa node
4003  *
4004  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
4005  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
4006  * The memory allocated is set to zero.
4007  *
4008  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
4009  */
4010 void *vzalloc_node(unsigned long size, int node)
4011 {
4012         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, node,
4013                                 __builtin_return_address(0));
4014 }
4015 EXPORT_SYMBOL(vzalloc_node);
4016
4017 #if defined(CONFIG_64BIT) && defined(CONFIG_ZONE_DMA32)
4018 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA32 | GFP_KERNEL)
4019 #elif defined(CONFIG_64BIT) && defined(CONFIG_ZONE_DMA)
4020 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA | GFP_KERNEL)
4021 #else
4022 /*
4023  * 64b systems should always have either DMA or DMA32 zones. For others
4024  * GFP_DMA32 should do the right thing and use the normal zone.
4025  */
4026 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA32 | GFP_KERNEL)
4027 #endif
4028
4029 /**
4030  * vmalloc_32 - allocate virtually contiguous memory (32bit addressable)
4031  * @size:       allocation size
4032  *
4033  * Allocate enough 32bit PA addressable pages to cover @size from the
4034  * page level allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
4035  *
4036  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
4037  */
4038 void *vmalloc_32(unsigned long size)
4039 {
4040         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_VMALLOC32, NUMA_NO_NODE,
4041                         __builtin_return_address(0));
4042 }
4043 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_32);
4044
4045 /**
4046  * vmalloc_32_user - allocate zeroed virtually contiguous 32bit memory
4047  * @size:            allocation size
4048  *
4049  * The resulting memory area is 32bit addressable and zeroed so it can be
4050  * mapped to userspace without leaking data.
4051  *
4052  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
4053  */
4054 void *vmalloc_32_user(unsigned long size)
4055 {
4056         return __vmalloc_node_range(size, SHMLBA,  VMALLOC_START, VMALLOC_END,
4057                                     GFP_VMALLOC32 | __GFP_ZERO, PAGE_KERNEL,
4058                                     VM_USERMAP, NUMA_NO_NODE,
4059                                     __builtin_return_address(0));
4060 }
4061 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_32_user);
4062
4063 /*
4064  * Atomically zero bytes in the iterator.
4065  *
4066  * Returns the number of zeroed bytes.
4067  */
4068 static size_t zero_iter(struct iov_iter *iter, size_t count)
4069 {
4070         size_t remains = count;
4071
4072         while (remains > 0) {
4073                 size_t num, copied;
4074
4075                 num = min_t(size_t, remains, PAGE_SIZE);
4076                 copied = copy_page_to_iter_nofault(ZERO_PAGE(0), 0, num, iter);
4077                 remains -= copied;
4078
4079                 if (copied < num)
4080                         break;
4081         }
4082
4083         return count - remains;
4084 }
4085
4086 /*
4087  * small helper routine, copy contents to iter from addr.
4088  * If the page is not present, fill zero.
4089  *
4090  * Returns the number of copied bytes.
4091  */
4092 static size_t aligned_vread_iter(struct iov_iter *iter,
4093                                  const char *addr, size_t count)
4094 {
4095         size_t remains = count;
4096         struct page *page;
4097
4098         while (remains > 0) {
4099                 unsigned long offset, length;
4100                 size_t copied = 0;
4101
4102                 offset = offset_in_page(addr);
4103                 length = PAGE_SIZE - offset;
4104                 if (length > remains)
4105                         length = remains;
4106                 page = vmalloc_to_page(addr);
4107                 /*
4108                  * To do safe access to this _mapped_ area, we need lock. But
4109                  * adding lock here means that we need to add overhead of
4110                  * vmalloc()/vfree() calls for this _debug_ interface, rarely
4111                  * used. Instead of that, we'll use an local mapping via
4112                  * copy_page_to_iter_nofault() and accept a small overhead in
4113                  * this access function.
4114                  */
4115                 if (page)
4116                         copied = copy_page_to_iter_nofault(page, offset,
4117                                                            length, iter);
4118                 else
4119                         copied = zero_iter(iter, length);
4120
4121                 addr += copied;
4122                 remains -= copied;
4123
4124                 if (copied != length)
4125                         break;
4126         }
4127
4128         return count - remains;
4129 }
4130
4131 /*
4132  * Read from a vm_map_ram region of memory.
4133  *
4134  * Returns the number of copied bytes.
4135  */
4136 static size_t vmap_ram_vread_iter(struct iov_iter *iter, const char *addr,
4137                                   size_t count, unsigned long flags)
4138 {
4139         char *start;
4140         struct vmap_block *vb;
4141         struct xarray *xa;
4142         unsigned long offset;
4143         unsigned int rs, re;
4144         size_t remains, n;
4145
4146         /*
4147          * If it's area created by vm_map_ram() interface directly, but
4148          * not further subdividing and delegating management to vmap_block,
4149          * handle it here.
4150          */
4151         if (!(flags & VMAP_BLOCK))
4152                 return aligned_vread_iter(iter, addr, count);
4153
4154         remains = count;
4155
4156         /*
4157          * Area is split into regions and tracked with vmap_block, read out
4158          * each region and zero fill the hole between regions.
4159          */
4160         xa = addr_to_vb_xa((unsigned long) addr);
4161         vb = xa_load(xa, addr_to_vb_idx((unsigned long)addr));
4162         if (!vb)
4163                 goto finished_zero;
4164
4165         spin_lock(&vb->lock);
4166         if (bitmap_empty(vb->used_map, VMAP_BBMAP_BITS)) {
4167                 spin_unlock(&vb->lock);
4168                 goto finished_zero;
4169         }
4170
4171         for_each_set_bitrange(rs, re, vb->used_map, VMAP_BBMAP_BITS) {
4172                 size_t copied;
4173
4174                 if (remains == 0)
4175                         goto finished;
4176
4177                 start = vmap_block_vaddr(vb->va->va_start, rs);
4178
4179                 if (addr < start) {
4180                         size_t to_zero = min_t(size_t, start - addr, remains);
4181                         size_t zeroed = zero_iter(iter, to_zero);
4182
4183                         addr += zeroed;
4184                         remains -= zeroed;
4185
4186                         if (remains == 0 || zeroed != to_zero)
4187                                 goto finished;
4188                 }
4189
4190                 /*it could start reading from the middle of used region*/
4191                 offset = offset_in_page(addr);
4192                 n = ((re - rs + 1) << PAGE_SHIFT) - offset;
4193                 if (n > remains)
4194                         n = remains;
4195
4196                 copied = aligned_vread_iter(iter, start + offset, n);
4197
4198                 addr += copied;
4199                 remains -= copied;
4200
4201                 if (copied != n)
4202                         goto finished;
4203         }
4204
4205         spin_unlock(&vb->lock);
4206
4207 finished_zero:
4208         /* zero-fill the left dirty or free regions */
4209         return count - remains + zero_iter(iter, remains);
4210 finished:
4211         /* We couldn't copy/zero everything */
4212         spin_unlock(&vb->lock);
4213         return count - remains;
4214 }
4215
4216 /**
4217  * vread_iter() - read vmalloc area in a safe way to an iterator.
4218  * @iter:         the iterator to which data should be written.
4219  * @addr:         vm address.
4220  * @count:        number of bytes to be read.
4221  *
4222  * This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
4223  * copy data from that area to a given buffer. If the given memory range
4224  * of [addr...addr+count) includes some valid address, data is copied to
4225  * proper area of @buf. If there are memory holes, they'll be zero-filled.
4226  * IOREMAP area is treated as memory hole and no copy is done.
4227  *
4228  * If [addr...addr+count) doesn't includes any intersects with alive
4229  * vm_struct area, returns 0. @buf should be kernel's buffer.
4230  *
4231  * Note: In usual ops, vread() is never necessary because the caller
4232  * should know vmalloc() area is valid and can use memcpy().
4233  * This is for routines which have to access vmalloc area without
4234  * any information, as /proc/kcore.
4235  *
4236  * Return: number of bytes for which addr and buf should be increased
4237  * (same number as @count) or %0 if [addr...addr+count) doesn't
4238  * include any intersection with valid vmalloc area
4239  */
4240 long vread_iter(struct iov_iter *iter, const char *addr, size_t count)
4241 {
4242         struct vmap_node *vn;
4243         struct vmap_area *va;
4244         struct vm_struct *vm;
4245         char *vaddr;
4246         size_t n, size, flags, remains;
4247         unsigned long next;
4248
4249         addr = kasan_reset_tag(addr);
4250
4251         /* Don't allow overflow */
4252         if ((unsigned long) addr + count < count)
4253                 count = -(unsigned long) addr;
4254
4255         remains = count;
4256
4257         vn = find_vmap_area_exceed_addr_lock((unsigned long) addr, &va);
4258         if (!vn)
4259                 goto finished_zero;
4260
4261         /* no intersects with alive vmap_area */
4262         if ((unsigned long)addr + remains <= va->va_start)
4263                 goto finished_zero;
4264
4265         do {
4266                 size_t copied;
4267
4268                 if (remains == 0)
4269                         goto finished;
4270
4271                 vm = va->vm;
4272                 flags = va->flags & VMAP_FLAGS_MASK;
4273                 /*
4274                  * VMAP_BLOCK indicates a sub-type of vm_map_ram area, need
4275                  * be set together with VMAP_RAM.
4276                  */
4277                 WARN_ON(flags == VMAP_BLOCK);
4278
4279                 if (!vm && !flags)
4280                         goto next_va;
4281
4282                 if (vm && (vm->flags & VM_UNINITIALIZED))
4283                         goto next_va;
4284
4285                 /* Pair with smp_wmb() in clear_vm_uninitialized_flag() */
4286                 smp_rmb();
4287
4288                 vaddr = (char *) va->va_start;
4289                 size = vm ? get_vm_area_size(vm) : va_size(va);
4290
4291                 if (addr >= vaddr + size)
4292                         goto next_va;
4293
4294                 if (addr < vaddr) {
4295                         size_t to_zero = min_t(size_t, vaddr - addr, remains);
4296                         size_t zeroed = zero_iter(iter, to_zero);
4297
4298                         addr += zeroed;
4299                         remains -= zeroed;
4300
4301                         if (remains == 0 || zeroed != to_zero)
4302                                 goto finished;
4303                 }
4304
4305                 n = vaddr + size - addr;
4306                 if (n > remains)
4307                         n = remains;
4308
4309                 if (flags & VMAP_RAM)
4310                         copied = vmap_ram_vread_iter(iter, addr, n, flags);
4311                 else if (!(vm && (vm->flags & (VM_IOREMAP | VM_SPARSE))))
4312                         copied = aligned_vread_iter(iter, addr, n);
4313                 else /* IOREMAP | SPARSE area is treated as memory hole */
4314                         copied = zero_iter(iter, n);
4315
4316                 addr += copied;
4317                 remains -= copied;
4318
4319                 if (copied != n)
4320                         goto finished;
4321
4322         next_va:
4323                 next = va->va_end;
4324                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
4325         } while ((vn = find_vmap_area_exceed_addr_lock(next, &va)));
4326
4327 finished_zero:
4328         if (vn)
4329                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
4330
4331         /* zero-fill memory holes */
4332         return count - remains + zero_iter(iter, remains);
4333 finished:
4334         /* Nothing remains, or We couldn't copy/zero everything. */
4335         if (vn)
4336                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
4337
4338         return count - remains;
4339 }
4340
4341 /**
4342  * remap_vmalloc_range_partial - map vmalloc pages to userspace
4343  * @vma:                vma to cover
4344  * @uaddr:              target user address to start at
4345  * @kaddr:              virtual address of vmalloc kernel memory
4346  * @pgoff:              offset from @kaddr to start at
4347  * @size:               size of map area
4348  *
4349  * Returns:     0 for success, -Exxx on failure
4350  *
4351  * This function checks that @kaddr is a valid vmalloc'ed area,
4352  * and that it is big enough to cover the range starting at
4353  * @uaddr in @vma. Will return failure if that criteria isn't
4354  * met.
4355  *
4356  * Similar to remap_pfn_range() (see mm/memory.c)
4357  */
4358 int remap_vmalloc_range_partial(struct vm_area_struct *vma, unsigned long uaddr,
4359                                 void *kaddr, unsigned long pgoff,
4360                                 unsigned long size)
4361 {
4362         struct vm_struct *area;
4363         unsigned long off;
4364         unsigned long end_index;
4365
4366         if (check_shl_overflow(pgoff, PAGE_SHIFT, &off))
4367                 return -EINVAL;
4368
4369         size = PAGE_ALIGN(size);
4370
4371         if (!PAGE_ALIGNED(uaddr) || !PAGE_ALIGNED(kaddr))
4372                 return -EINVAL;
4373
4374         area = find_vm_area(kaddr);
4375         if (!area)
4376                 return -EINVAL;
4377
4378         if (!(area->flags & (VM_USERMAP | VM_DMA_COHERENT)))
4379                 return -EINVAL;
4380
4381         if (check_add_overflow(size, off, &end_index) ||
4382             end_index > get_vm_area_size(area))
4383                 return -EINVAL;
4384         kaddr += off;
4385
4386         do {
4387                 struct page *page = vmalloc_to_page(kaddr);
4388                 int ret;
4389
4390                 ret = vm_insert_page(vma, uaddr, page);
4391                 if (ret)
4392                         return ret;
4393
4394                 uaddr += PAGE_SIZE;
4395                 kaddr += PAGE_SIZE;
4396                 size -= PAGE_SIZE;
4397         } while (size > 0);
4398
4399         vm_flags_set(vma, VM_DONTEXPAND | VM_DONTDUMP);
4400
4401         return 0;
4402 }
4403
4404 /**
4405  * remap_vmalloc_range - map vmalloc pages to userspace
4406  * @vma:                vma to cover (map full range of vma)
4407  * @addr:               vmalloc memory
4408  * @pgoff:              number of pages into addr before first page to map
4409  *
4410  * Returns:     0 for success, -Exxx on failure
4411  *
4412  * This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
4413  * that it is big enough to cover the vma. Will return failure if
4414  * that criteria isn't met.
4415  *
4416  * Similar to remap_pfn_range() (see mm/memory.c)
4417  */
4418 int remap_vmalloc_range(struct vm_area_struct *vma, void *addr,
4419                                                 unsigned long pgoff)
4420 {
4421         return remap_vmalloc_range_partial(vma, vma->vm_start,
4422                                            addr, pgoff,
4423                                            vma->vm_end - vma->vm_start);
4424 }
4425 EXPORT_SYMBOL(remap_vmalloc_range);
4426
4427 void free_vm_area(struct vm_struct *area)
4428 {
4429         struct vm_struct *ret;
4430         ret = remove_vm_area(area->addr);
4431         BUG_ON(ret != area);
4432         kfree(area);
4433 }
4434 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_vm_area);
4435
4436 #ifdef CONFIG_SMP
4437 static struct vmap_area *node_to_va(struct rb_node *n)
4438 {
4439         return rb_entry_safe(n, struct vmap_area, rb_node);
4440 }
4441
4442 /**
4443  * pvm_find_va_enclose_addr - find the vmap_area @addr belongs to
4444  * @addr: target address
4445  *
4446  * Returns: vmap_area if it is found. If there is no such area
4447  *   the first highest(reverse order) vmap_area is returned
4448  *   i.e. va->va_start < addr && va->va_end < addr or NULL
4449  *   if there are no any areas before @addr.
4450  */
4451 static struct vmap_area *
4452 pvm_find_va_enclose_addr(unsigned long addr)
4453 {
4454         struct vmap_area *va, *tmp;
4455         struct rb_node *n;
4456
4457         n = free_vmap_area_root.rb_node;
4458         va = NULL;
4459
4460         while (n) {
4461                 tmp = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
4462                 if (tmp->va_start <= addr) {
4463                         va = tmp;
4464                         if (tmp->va_end >= addr)
4465                                 break;
4466
4467                         n = n->rb_right;
4468                 } else {
4469                         n = n->rb_left;
4470                 }
4471         }
4472
4473         return va;
4474 }
4475
4476 /**
4477  * pvm_determine_end_from_reverse - find the highest aligned address
4478  * of free block below VMALLOC_END
4479  * @va:
4480  *   in - the VA we start the search(reverse order);
4481  *   out - the VA with the highest aligned end address.
4482  * @align: alignment for required highest address
4483  *
4484  * Returns: determined end address within vmap_area
4485  */
4486 static unsigned long
4487 pvm_determine_end_from_reverse(struct vmap_area **va, unsigned long align)
4488 {
4489         unsigned long vmalloc_end = VMALLOC_END & ~(align - 1);
4490         unsigned long addr;
4491
4492         if (likely(*va)) {
4493                 list_for_each_entry_from_reverse((*va),
4494                                 &free_vmap_area_list, list) {
4495                         addr = min((*va)->va_end & ~(align - 1), vmalloc_end);
4496                         if ((*va)->va_start < addr)
4497                                 return addr;
4498                 }
4499         }
4500
4501         return 0;
4502 }
4503
4504 /**
4505  * pcpu_get_vm_areas - allocate vmalloc areas for percpu allocator
4506  * @offsets: array containing offset of each area
4507  * @sizes: array containing size of each area
4508  * @nr_vms: the number of areas to allocate
4509  * @align: alignment, all entries in @offsets and @sizes must be aligned to this
4510  *
4511  * Returns: kmalloc'd vm_struct pointer array pointing to allocated
4512  *          vm_structs on success, %NULL on failure
4513  *
4514  * Percpu allocator wants to use congruent vm areas so that it can
4515  * maintain the offsets among percpu areas.  This function allocates
4516  * congruent vmalloc areas for it with GFP_KERNEL.  These areas tend to
4517  * be scattered pretty far, distance between two areas easily going up
4518  * to gigabytes.  To avoid interacting with regular vmallocs, these
4519  * areas are allocated from top.
4520  *
4521  * Despite its complicated look, this allocator is rather simple. It
4522  * does everything top-down and scans free blocks from the end looking
4523  * for matching base. While scanning, if any of the areas do not fit the
4524  * base address is pulled down to fit the area. Scanning is repeated till
4525  * all the areas fit and then all necessary data structures are inserted
4526  * and the result is returned.
4527  */
4528 struct vm_struct **pcpu_get_vm_areas(const unsigned long *offsets,
4529                                      const size_t *sizes, int nr_vms,
4530                                      size_t align)
4531 {
4532         const unsigned long vmalloc_start = ALIGN(VMALLOC_START, align);
4533         const unsigned long vmalloc_end = VMALLOC_END & ~(align - 1);
4534         struct vmap_area **vas, *va;
4535         struct vm_struct **vms;
4536         int area, area2, last_area, term_area;
4537         unsigned long base, start, size, end, last_end, orig_start, orig_end;
4538         bool purged = false;
4539
4540         /* verify parameters and allocate data structures */
4541         BUG_ON(offset_in_page(align) || !is_power_of_2(align));
4542         for (last_area = 0, area = 0; area < nr_vms; area++) {
4543                 start = offsets[area];
4544                 end = start + sizes[area];
4545
4546                 /* is everything aligned properly? */
4547                 BUG_ON(!IS_ALIGNED(offsets[area], align));
4548                 BUG_ON(!IS_ALIGNED(sizes[area], align));
4549
4550                 /* detect the area with the highest address */
4551                 if (start > offsets[last_area])
4552                         last_area = area;
4553
4554                 for (area2 = area + 1; area2 < nr_vms; area2++) {
4555                         unsigned long start2 = offsets[area2];
4556                         unsigned long end2 = start2 + sizes[area2];
4557
4558                         BUG_ON(start2 < end && start < end2);
4559                 }
4560         }
4561         last_end = offsets[last_area] + sizes[last_area];
4562
4563         if (vmalloc_end - vmalloc_start < last_end) {
4564                 WARN_ON(true);
4565                 return NULL;
4566         }
4567
4568         vms = kcalloc(nr_vms, sizeof(vms[0]), GFP_KERNEL);
4569         vas = kcalloc(nr_vms, sizeof(vas[0]), GFP_KERNEL);
4570         if (!vas || !vms)
4571                 goto err_free2;
4572
4573         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4574                 vas[area] = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_KERNEL);
4575                 vms[area] = kzalloc(sizeof(struct vm_struct), GFP_KERNEL);
4576                 if (!vas[area] || !vms[area])
4577                         goto err_free;
4578         }
4579 retry:
4580         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
4581
4582         /* start scanning - we scan from the top, begin with the last area */
4583         area = term_area = last_area;
4584         start = offsets[area];
4585         end = start + sizes[area];
4586
4587         va = pvm_find_va_enclose_addr(vmalloc_end);
4588         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
4589
4590         while (true) {
4591                 /*
4592                  * base might have underflowed, add last_end before
4593                  * comparing.
4594                  */
4595                 if (base + last_end < vmalloc_start + last_end)
4596                         goto overflow;
4597
4598                 /*
4599                  * Fitting base has not been found.
4600                  */
4601                 if (va == NULL)
4602                         goto overflow;
4603
4604                 /*
4605                  * If required width exceeds current VA block, move
4606                  * base downwards and then recheck.
4607                  */
4608                 if (base + end > va->va_end) {
4609                         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
4610                         term_area = area;
4611                         continue;
4612                 }
4613
4614                 /*
4615                  * If this VA does not fit, move base downwards and recheck.
4616                  */
4617                 if (base + start < va->va_start) {
4618                         va = node_to_va(rb_prev(&va->rb_node));
4619                         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
4620                         term_area = area;
4621                         continue;
4622                 }
4623
4624                 /*
4625                  * This area fits, move on to the previous one.  If
4626                  * the previous one is the terminal one, we're done.
4627                  */
4628                 area = (area + nr_vms - 1) % nr_vms;
4629                 if (area == term_area)
4630                         break;
4631
4632                 start = offsets[area];
4633                 end = start + sizes[area];
4634                 va = pvm_find_va_enclose_addr(base + end);
4635         }
4636
4637         /* we've found a fitting base, insert all va's */
4638         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4639                 int ret;
4640
4641                 start = base + offsets[area];
4642                 size = sizes[area];
4643
4644                 va = pvm_find_va_enclose_addr(start);
4645                 if (WARN_ON_ONCE(va == NULL))
4646                         /* It is a BUG(), but trigger recovery instead. */
4647                         goto recovery;
4648
4649                 ret = va_clip(&free_vmap_area_root,
4650                         &free_vmap_area_list, va, start, size);
4651                 if (WARN_ON_ONCE(unlikely(ret)))
4652                         /* It is a BUG(), but trigger recovery instead. */
4653                         goto recovery;
4654
4655                 /* Allocated area. */
4656                 va = vas[area];
4657                 va->va_start = start;
4658                 va->va_end = start + size;
4659         }
4660
4661         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
4662
4663         /* populate the kasan shadow space */
4664         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4665                 if (kasan_populate_vmalloc(vas[area]->va_start, sizes[area]))
4666                         goto err_free_shadow;
4667         }
4668
4669         /* insert all vm's */
4670         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4671                 struct vmap_node *vn = addr_to_node(vas[area]->va_start);
4672
4673                 spin_lock(&vn->busy.lock);
4674                 insert_vmap_area(vas[area], &vn->busy.root, &vn->busy.head);
4675                 setup_vmalloc_vm_locked(vms[area], vas[area], VM_ALLOC,
4676                                  pcpu_get_vm_areas);
4677                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
4678         }
4679
4680         /*
4681          * Mark allocated areas as accessible. Do it now as a best-effort
4682          * approach, as they can be mapped outside of vmalloc code.
4683          * With hardware tag-based KASAN, marking is skipped for
4684          * non-VM_ALLOC mappings, see __kasan_unpoison_vmalloc().
4685          */
4686         for (area = 0; area < nr_vms; area++)
4687                 vms[area]->addr = kasan_unpoison_vmalloc(vms[area]->addr,
4688                                 vms[area]->size, KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL);
4689
4690         kfree(vas);
4691         return vms;
4692
4693 recovery:
4694         /*
4695          * Remove previously allocated areas. There is no
4696          * need in removing these areas from the busy tree,
4697          * because they are inserted only on the final step
4698          * and when pcpu_get_vm_areas() is success.
4699          */
4700         while (area--) {
4701                 orig_start = vas[area]->va_start;
4702                 orig_end = vas[area]->va_end;
4703                 va = merge_or_add_vmap_area_augment(vas[area], &free_vmap_area_root,
4704                                 &free_vmap_area_list);
4705                 if (va)
4706                         kasan_release_vmalloc(orig_start, orig_end,
4707                                 va->va_start, va->va_end);
4708                 vas[area] = NULL;
4709         }
4710
4711 overflow:
4712         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
4713         if (!purged) {
4714                 reclaim_and_purge_vmap_areas();
4715                 purged = true;
4716
4717                 /* Before "retry", check if we recover. */
4718                 for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4719                         if (vas[area])
4720                                 continue;
4721
4722                         vas[area] = kmem_cache_zalloc(
4723                                 vmap_area_cachep, GFP_KERNEL);
4724                         if (!vas[area])
4725                                 goto err_free;
4726                 }
4727
4728                 goto retry;
4729         }
4730
4731 err_free:
4732         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4733                 if (vas[area])
4734                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, vas[area]);
4735
4736                 kfree(vms[area]);
4737         }
4738 err_free2:
4739         kfree(vas);
4740         kfree(vms);
4741         return NULL;
4742
4743 err_free_shadow:
4744         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
4745         /*
4746          * We release all the vmalloc shadows, even the ones for regions that
4747          * hadn't been successfully added. This relies on kasan_release_vmalloc
4748          * being able to tolerate this case.
4749          */
4750         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4751                 orig_start = vas[area]->va_start;
4752                 orig_end = vas[area]->va_end;
4753                 va = merge_or_add_vmap_area_augment(vas[area], &free_vmap_area_root,
4754                                 &free_vmap_area_list);
4755                 if (va)
4756                         kasan_release_vmalloc(orig_start, orig_end,
4757                                 va->va_start, va->va_end);
4758                 vas[area] = NULL;
4759                 kfree(vms[area]);
4760         }
4761         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
4762         kfree(vas);
4763         kfree(vms);
4764         return NULL;
4765 }
4766
4767 /**
4768  * pcpu_free_vm_areas - free vmalloc areas for percpu allocator
4769  * @vms: vm_struct pointer array returned by pcpu_get_vm_areas()
4770  * @nr_vms: the number of allocated areas
4771  *
4772  * Free vm_structs and the array allocated by pcpu_get_vm_areas().
4773  */
4774 void pcpu_free_vm_areas(struct vm_struct **vms, int nr_vms)
4775 {
4776         int i;
4777
4778         for (i = 0; i < nr_vms; i++)
4779                 free_vm_area(vms[i]);
4780         kfree(vms);
4781 }
4782 #endif  /* CONFIG_SMP */
4783
4784 #ifdef CONFIG_PRINTK
4785 bool vmalloc_dump_obj(void *object)
4786 {
4787         const void *caller;
4788         struct vm_struct *vm;
4789         struct vmap_area *va;
4790         struct vmap_node *vn;
4791         unsigned long addr;
4792         unsigned int nr_pages;
4793
4794         addr = PAGE_ALIGN((unsigned long) object);
4795         vn = addr_to_node(addr);
4796
4797         if (!spin_trylock(&vn->busy.lock))
4798                 return false;
4799
4800         va = __find_vmap_area(addr, &vn->busy.root);
4801         if (!va || !va->vm) {
4802                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
4803                 return false;
4804         }
4805
4806         vm = va->vm;
4807         addr = (unsigned long) vm->addr;
4808         caller = vm->caller;
4809         nr_pages = vm->nr_pages;
4810         spin_unlock(&vn->busy.lock);
4811
4812         pr_cont(" %u-page vmalloc region starting at %#lx allocated at %pS\n",
4813                 nr_pages, addr, caller);
4814
4815         return true;
4816 }
4817 #endif
4818
4819 #ifdef CONFIG_PROC_FS
4820 static void show_numa_info(struct seq_file *m, struct vm_struct *v)
4821 {
4822         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA)) {
4823                 unsigned int nr, *counters = m->private;
4824                 unsigned int step = 1U << vm_area_page_order(v);
4825
4826                 if (!counters)
4827                         return;
4828
4829                 if (v->flags & VM_UNINITIALIZED)
4830                         return;
4831                 /* Pair with smp_wmb() in clear_vm_uninitialized_flag() */
4832                 smp_rmb();
4833
4834                 memset(counters, 0, nr_node_ids * sizeof(unsigned int));
4835
4836                 for (nr = 0; nr < v->nr_pages; nr += step)
4837                         counters[page_to_nid(v->pages[nr])] += step;
4838                 for_each_node_state(nr, N_HIGH_MEMORY)
4839                         if (counters[nr])
4840                                 seq_printf(m, " N%u=%u", nr, counters[nr]);
4841         }
4842 }
4843
4844 static void show_purge_info(struct seq_file *m)
4845 {
4846         struct vmap_node *vn;
4847         struct vmap_area *va;
4848         int i;
4849
4850         for (i = 0; i < nr_vmap_nodes; i++) {
4851                 vn = &vmap_nodes[i];
4852
4853                 spin_lock(&vn->lazy.lock);
4854                 list_for_each_entry(va, &vn->lazy.head, list) {
4855                         seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld unpurged vm_area\n",
4856                                 (void *)va->va_start, (void *)va->va_end,
4857                                 va->va_end - va->va_start);
4858                 }
4859                 spin_unlock(&vn->lazy.lock);
4860         }
4861 }
4862
4863 static int vmalloc_info_show(struct seq_file *m, void *p)
4864 {
4865         struct vmap_node *vn;
4866         struct vmap_area *va;
4867         struct vm_struct *v;
4868         int i;
4869
4870         for (i = 0; i < nr_vmap_nodes; i++) {
4871                 vn = &vmap_nodes[i];
4872
4873                 spin_lock(&vn->busy.lock);
4874                 list_for_each_entry(va, &vn->busy.head, list) {
4875                         if (!va->vm) {
4876                                 if (va->flags & VMAP_RAM)
4877                                         seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld vm_map_ram\n",
4878                                                 (void *)va->va_start, (void *)va->va_end,
4879                                                 va->va_end - va->va_start);
4880
4881                                 continue;
4882                         }
4883
4884                         v = va->vm;
4885
4886                         seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld",
4887                                 v->addr, v->addr + v->size, v->size);
4888
4889                         if (v->caller)
4890                                 seq_printf(m, " %pS", v->caller);
4891
4892                         if (v->nr_pages)
4893                                 seq_printf(m, " pages=%d", v->nr_pages);
4894
4895                         if (v->phys_addr)
4896                                 seq_printf(m, " phys=%pa", &v->phys_addr);
4897
4898                         if (v->flags & VM_IOREMAP)
4899                                 seq_puts(m, " ioremap");
4900
4901                         if (v->flags & VM_SPARSE)
4902                                 seq_puts(m, " sparse");
4903
4904                         if (v->flags & VM_ALLOC)
4905                                 seq_puts(m, " vmalloc");
4906
4907                         if (v->flags & VM_MAP)
4908                                 seq_puts(m, " vmap");
4909
4910                         if (v->flags & VM_USERMAP)
4911                                 seq_puts(m, " user");
4912
4913                         if (v->flags & VM_DMA_COHERENT)
4914                                 seq_puts(m, " dma-coherent");
4915
4916                         if (is_vmalloc_addr(v->pages))
4917                                 seq_puts(m, " vpages");
4918
4919                         show_numa_info(m, v);
4920                         seq_putc(m, '\n');
4921                 }
4922                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
4923         }
4924
4925         /*
4926          * As a final step, dump "unpurged" areas.
4927          */
4928         show_purge_info(m);
4929         return 0;
4930 }
4931
4932 static int __init proc_vmalloc_init(void)
4933 {
4934         void *priv_data = NULL;
4935
4936         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4937                 priv_data = kmalloc(nr_node_ids * sizeof(unsigned int), GFP_KERNEL);
4938
4939         proc_create_single_data("vmallocinfo",
4940                 0400, NULL, vmalloc_info_show, priv_data);
4941
4942         return 0;
4943 }
4944 module_init(proc_vmalloc_init);
4945
4946 #endif
4947
4948 static void __init vmap_init_free_space(void)
4949 {
4950         unsigned long vmap_start = 1;
4951         const unsigned long vmap_end = ULONG_MAX;
4952         struct vmap_area *free;
4953         struct vm_struct *busy;
4954
4955         /*
4956          *     B     F     B     B     B     F
4957          * -|-----|.....|-----|-----|-----|.....|-
4958          *  |           The KVA space           |
4959          *  |<--------------------------------->|
4960          */
4961         for (busy = vmlist; busy; busy = busy->next) {
4962                 if ((unsigned long) busy->addr - vmap_start > 0) {
4963                         free = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
4964                         if (!WARN_ON_ONCE(!free)) {
4965                                 free->va_start = vmap_start;
4966                                 free->va_end = (unsigned long) busy->addr;
4967
4968                                 insert_vmap_area_augment(free, NULL,
4969                                         &free_vmap_area_root,
4970                                                 &free_vmap_area_list);
4971                         }
4972                 }
4973
4974                 vmap_start = (unsigned long) busy->addr + busy->size;
4975         }
4976
4977         if (vmap_end - vmap_start > 0) {
4978                 free = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
4979                 if (!WARN_ON_ONCE(!free)) {
4980                         free->va_start = vmap_start;
4981                         free->va_end = vmap_end;
4982
4983                         insert_vmap_area_augment(free, NULL,
4984                                 &free_vmap_area_root,
4985                                         &free_vmap_area_list);
4986                 }
4987         }
4988 }
4989
4990 static void vmap_init_nodes(void)
4991 {
4992         struct vmap_node *vn;
4993         int i, n;
4994
4995 #if BITS_PER_LONG == 64
4996         /*
4997          * A high threshold of max nodes is fixed and bound to 128,
4998          * thus a scale factor is 1 for systems where number of cores
4999          * are less or equal to specified threshold.
5000          *
5001          * As for NUMA-aware notes. For bigger systems, for example
5002          * NUMA with multi-sockets, where we can end-up with thousands
5003          * of cores in total, a "sub-numa-clustering" should be added.
5004          *
5005          * In this case a NUMA domain is considered as a single entity
5006          * with dedicated sub-nodes in it which describe one group or
5007          * set of cores. Therefore a per-domain purging is supposed to
5008          * be added as well as a per-domain balancing.
5009          */
5010         n = clamp_t(unsigned int, num_possible_cpus(), 1, 128);
5011
5012         if (n > 1) {
5013                 vn = kmalloc_array(n, sizeof(*vn), GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN);
5014                 if (vn) {
5015                         /* Node partition is 16 pages. */
5016                         vmap_zone_size = (1 << 4) * PAGE_SIZE;
5017                         nr_vmap_nodes = n;
5018                         vmap_nodes = vn;
5019                 } else {
5020                         pr_err("Failed to allocate an array. Disable a node layer\n");
5021                 }
5022         }
5023 #endif
5024
5025         for (n = 0; n < nr_vmap_nodes; n++) {
5026                 vn = &vmap_nodes[n];
5027                 vn->busy.root = RB_ROOT;
5028                 INIT_LIST_HEAD(&vn->busy.head);
5029                 spin_lock_init(&vn->busy.lock);
5030
5031                 vn->lazy.root = RB_ROOT;
5032                 INIT_LIST_HEAD(&vn->lazy.head);
5033                 spin_lock_init(&vn->lazy.lock);
5034
5035                 for (i = 0; i < MAX_VA_SIZE_PAGES; i++) {
5036                         INIT_LIST_HEAD(&vn->pool[i].head);
5037                         WRITE_ONCE(vn->pool[i].len, 0);
5038                 }
5039
5040                 spin_lock_init(&vn->pool_lock);
5041         }
5042 }
5043
5044 static unsigned long
5045 vmap_node_shrink_count(struct shrinker *shrink, struct shrink_control *sc)
5046 {
5047         unsigned long count;
5048         struct vmap_node *vn;
5049         int i, j;
5050
5051         for (count = 0, i = 0; i < nr_vmap_nodes; i++) {
5052                 vn = &vmap_nodes[i];
5053
5054                 for (j = 0; j < MAX_VA_SIZE_PAGES; j++)
5055                         count += READ_ONCE(vn->pool[j].len);
5056         }
5057
5058         return count ? count : SHRINK_EMPTY;
5059 }
5060
5061 static unsigned long
5062 vmap_node_shrink_scan(struct shrinker *shrink, struct shrink_control *sc)
5063 {
5064         int i;
5065
5066         for (i = 0; i < nr_vmap_nodes; i++)
5067                 decay_va_pool_node(&vmap_nodes[i], true);
5068
5069         return SHRINK_STOP;
5070 }
5071
5072 void __init vmalloc_init(void)
5073 {
5074         struct shrinker *vmap_node_shrinker;
5075         struct vmap_area *va;
5076         struct vmap_node *vn;
5077         struct vm_struct *tmp;
5078         int i;
5079
5080         /*
5081          * Create the cache for vmap_area objects.
5082          */
5083         vmap_area_cachep = KMEM_CACHE(vmap_area, SLAB_PANIC);
5084
5085         for_each_possible_cpu(i) {
5086                 struct vmap_block_queue *vbq;
5087                 struct vfree_deferred *p;
5088
5089                 vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, i);
5090                 spin_lock_init(&vbq->lock);
5091                 INIT_LIST_HEAD(&vbq->free);
5092                 p = &per_cpu(vfree_deferred, i);
5093                 init_llist_head(&p->list);
5094                 INIT_WORK(&p->wq, delayed_vfree_work);
5095                 xa_init(&vbq->vmap_blocks);
5096         }
5097
5098         /*
5099          * Setup nodes before importing vmlist.
5100          */
5101         vmap_init_nodes();
5102
5103         /* Import existing vmlist entries. */
5104         for (tmp = vmlist; tmp; tmp = tmp->next) {
5105                 va = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
5106                 if (WARN_ON_ONCE(!va))
5107                         continue;
5108
5109                 va->va_start = (unsigned long)tmp->addr;
5110                 va->va_end = va->va_start + tmp->size;
5111                 va->vm = tmp;
5112
5113                 vn = addr_to_node(va->va_start);
5114                 insert_vmap_area(va, &vn->busy.root, &vn->busy.head);
5115         }
5116
5117         /*
5118          * Now we can initialize a free vmap space.
5119          */
5120         vmap_init_free_space();
5121         vmap_initialized = true;
5122
5123         vmap_node_shrinker = shrinker_alloc(0, "vmap-node");
5124         if (!vmap_node_shrinker) {
5125                 pr_err("Failed to allocate vmap-node shrinker!\n");
5126                 return;
5127         }
5128
5129         vmap_node_shrinker->count_objects = vmap_node_shrink_count;
5130         vmap_node_shrinker->scan_objects = vmap_node_shrink_scan;
5131         shrinker_register(vmap_node_shrinker);
5132 }