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