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 #include <linux/page_owner.h>
  46
  47 #define CREATE_TRACE_POINTS
  48 #include <trace/events/vmalloc.h>
  49
  50 #include "internal.h"
  51 #include "pgalloc-track.h"
  52
  53 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP
  54 static unsigned int __ro_after_init ioremap_max_page_shift = BITS_PER_LONG - 1;
  55
  56 static int __init set_nohugeiomap(char *str)
  57 {
  58         ioremap_max_page_shift = PAGE_SHIFT;
  59         return 0;
  60 }
  61 early_param("nohugeiomap", set_nohugeiomap);
  62 #else /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP */
  63 static const unsigned int ioremap_max_page_shift = PAGE_SHIFT;
  64 #endif  /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP */
  65
  66 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC
  67 static bool __ro_after_init vmap_allow_huge = true;
  68
  69 static int __init set_nohugevmalloc(char *str)
  70 {
  71         vmap_allow_huge = false;
  72         return 0;
  73 }
  74 early_param("nohugevmalloc", set_nohugevmalloc);
  75 #else /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC */
  76 static const bool vmap_allow_huge = false;
  77 #endif  /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC */
  78
  79 bool is_vmalloc_addr(const void *x)
  80 {
  81         unsigned long addr = (unsigned long)kasan_reset_tag(x);
  82
  83         return addr >= VMALLOC_START && addr < VMALLOC_END;
  84 }
  85 EXPORT_SYMBOL(is_vmalloc_addr);
  86
  87 struct vfree_deferred {
  88         struct llist_head list;
  89         struct work_struct wq;
  90 };
  91 static DEFINE_PER_CPU(struct vfree_deferred, vfree_deferred);
  92
  93 /*** Page table manipulation functions ***/
  94 static int vmap_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
  95                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
  96                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
  97 {
  98         pte_t *pte;
  99         u64 pfn;
 100         struct page *page;
 101         unsigned long size = PAGE_SIZE;
 102
 103         pfn = phys_addr >> PAGE_SHIFT;
 104         pte = pte_alloc_kernel_track(pmd, addr, mask);
 105         if (!pte)
 106                 return -ENOMEM;
 107         do {
 108                 if (!pte_none(ptep_get(pte))) {
 109                         if (pfn_valid(pfn)) {
 110                                 page = pfn_to_page(pfn);
 111                                 dump_page(page, "remapping already mapped page");
 112                         }
 113                         BUG();
 114                 }
 115
 116 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 117                 size = arch_vmap_pte_range_map_size(addr, end, pfn, max_page_shift);
 118                 if (size != PAGE_SIZE) {
 119                         pte_t entry = pfn_pte(pfn, prot);
 120
 121                         entry = arch_make_huge_pte(entry, ilog2(size), 0);
 122                         set_huge_pte_at(&init_mm, addr, pte, entry, size);
 123                         pfn += PFN_DOWN(size);
 124                         continue;
 125                 }
 126 #endif
 127                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, pfn_pte(pfn, prot));
 128                 pfn++;
 129         } while (pte += PFN_DOWN(size), addr += size, addr != end);
 130         *mask |= PGTBL_PTE_MODIFIED;
 131         return 0;
 132 }
 133
 134 static int vmap_try_huge_pmd(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
 135                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 136                         unsigned int max_page_shift)
 137 {
 138         if (max_page_shift < PMD_SHIFT)
 139                 return 0;
 140
 141         if (!arch_vmap_pmd_supported(prot))
 142                 return 0;
 143
 144         if ((end - addr) != PMD_SIZE)
 145                 return 0;
 146
 147         if (!IS_ALIGNED(addr, PMD_SIZE))
 148                 return 0;
 149
 150         if (!IS_ALIGNED(phys_addr, PMD_SIZE))
 151                 return 0;
 152
 153         if (pmd_present(*pmd) && !pmd_free_pte_page(pmd, addr))
 154                 return 0;
 155
 156         return pmd_set_huge(pmd, phys_addr, prot);
 157 }
 158
 159 static int vmap_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end,
 160                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 161                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
 162 {
 163         pmd_t *pmd;
 164         unsigned long next;
 165
 166         pmd = pmd_alloc_track(&init_mm, pud, addr, mask);
 167         if (!pmd)
 168                 return -ENOMEM;
 169         do {
 170                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 171
 172                 if (vmap_try_huge_pmd(pmd, addr, next, phys_addr, prot,
 173                                         max_page_shift)) {
 174                         *mask |= PGTBL_PMD_MODIFIED;
 175                         continue;
 176                 }
 177
 178                 if (vmap_pte_range(pmd, addr, next, phys_addr, prot, max_page_shift, mask))
 179                         return -ENOMEM;
 180         } while (pmd++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 181         return 0;
 182 }
 183
 184 static int vmap_try_huge_pud(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end,
 185                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 186                         unsigned int max_page_shift)
 187 {
 188         if (max_page_shift < PUD_SHIFT)
 189                 return 0;
 190
 191         if (!arch_vmap_pud_supported(prot))
 192                 return 0;
 193
 194         if ((end - addr) != PUD_SIZE)
 195                 return 0;
 196
 197         if (!IS_ALIGNED(addr, PUD_SIZE))
 198                 return 0;
 199
 200         if (!IS_ALIGNED(phys_addr, PUD_SIZE))
 201                 return 0;
 202
 203         if (pud_present(*pud) && !pud_free_pmd_page(pud, addr))
 204                 return 0;
 205
 206         return pud_set_huge(pud, phys_addr, prot);
 207 }
 208
 209 static int vmap_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
 210                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 211                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
 212 {
 213         pud_t *pud;
 214         unsigned long next;
 215
 216         pud = pud_alloc_track(&init_mm, p4d, addr, mask);
 217         if (!pud)
 218                 return -ENOMEM;
 219         do {
 220                 next = pud_addr_end(addr, end);
 221
 222                 if (vmap_try_huge_pud(pud, addr, next, phys_addr, prot,
 223                                         max_page_shift)) {
 224                         *mask |= PGTBL_PUD_MODIFIED;
 225                         continue;
 226                 }
 227
 228                 if (vmap_pmd_range(pud, addr, next, phys_addr, prot,
 229                                         max_page_shift, mask))
 230                         return -ENOMEM;
 231         } while (pud++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 232         return 0;
 233 }
 234
 235 static int vmap_try_huge_p4d(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
 236                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 237                         unsigned int max_page_shift)
 238 {
 239         if (max_page_shift < P4D_SHIFT)
 240                 return 0;
 241
 242         if (!arch_vmap_p4d_supported(prot))
 243                 return 0;
 244
 245         if ((end - addr) != P4D_SIZE)
 246                 return 0;
 247
 248         if (!IS_ALIGNED(addr, P4D_SIZE))
 249                 return 0;
 250
 251         if (!IS_ALIGNED(phys_addr, P4D_SIZE))
 252                 return 0;
 253
 254         if (p4d_present(*p4d) && !p4d_free_pud_page(p4d, addr))
 255                 return 0;
 256
 257         return p4d_set_huge(p4d, phys_addr, prot);
 258 }
 259
 260 static int vmap_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr, unsigned long end,
 261                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 262                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
 263 {
 264         p4d_t *p4d;
 265         unsigned long next;
 266
 267         p4d = p4d_alloc_track(&init_mm, pgd, addr, mask);
 268         if (!p4d)
 269                 return -ENOMEM;
 270         do {
 271                 next = p4d_addr_end(addr, end);
 272
 273                 if (vmap_try_huge_p4d(p4d, addr, next, phys_addr, prot,
 274                                         max_page_shift)) {
 275                         *mask |= PGTBL_P4D_MODIFIED;
 276                         continue;
 277                 }
 278
 279                 if (vmap_pud_range(p4d, addr, next, phys_addr, prot,
 280                                         max_page_shift, mask))
 281                         return -ENOMEM;
 282         } while (p4d++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 283         return 0;
 284 }
 285
 286 static int vmap_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
 287                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 288                         unsigned int max_page_shift)
 289 {
 290         pgd_t *pgd;
 291         unsigned long start;
 292         unsigned long next;
 293         int err;
 294         pgtbl_mod_mask mask = 0;
 295
 296         might_sleep();
 297         BUG_ON(addr >= end);
 298
 299         start = addr;
 300         pgd = pgd_offset_k(addr);
 301         do {
 302                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 303                 err = vmap_p4d_range(pgd, addr, next, phys_addr, prot,
 304                                         max_page_shift, &mask);
 305                 if (err)
 306                         break;
 307         } while (pgd++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 308
 309         if (mask & ARCH_PAGE_TABLE_SYNC_MASK)
 310                 arch_sync_kernel_mappings(start, end);
 311
 312         return err;
 313 }
 314
 315 int vmap_page_range(unsigned long addr, unsigned long end,
 316                     phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot)
 317 {
 318         int err;
 319
 320         err = vmap_range_noflush(addr, end, phys_addr, pgprot_nx(prot),
 321                                  ioremap_max_page_shift);
 322         flush_cache_vmap(addr, end);
 323         if (!err)
 324                 err = kmsan_ioremap_page_range(addr, end, phys_addr, prot,
 325                                                ioremap_max_page_shift);
 326         return err;
 327 }
 328
 329 int ioremap_page_range(unsigned long addr, unsigned long end,
 330                 phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot)
 331 {
 332         struct vm_struct *area;
 333
 334         area = find_vm_area((void *)addr);
 335         if (!area || !(area->flags & VM_IOREMAP)) {
 336                 WARN_ONCE(1, "vm_area at addr %lx is not marked as VM_IOREMAP\n", addr);
 337                 return -EINVAL;
 338         }
 339         if (addr != (unsigned long)area->addr ||
 340             (void *)end != area->addr + get_vm_area_size(area)) {
 341                 WARN_ONCE(1, "ioremap request [%lx,%lx) doesn't match vm_area [%lx, %lx)\n",
 342                           addr, end, (long)area->addr,
 343                           (long)area->addr + get_vm_area_size(area));
 344                 return -ERANGE;
 345         }
 346         return vmap_page_range(addr, end, phys_addr, prot);
 347 }
 348
 349 static void vunmap_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
 350                              pgtbl_mod_mask *mask)
 351 {
 352         pte_t *pte;
 353
 354         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 355         do {
 356                 pte_t ptent = ptep_get_and_clear(&init_mm, addr, pte);
 357                 WARN_ON(!pte_none(ptent) && !pte_present(ptent));
 358         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 359         *mask |= PGTBL_PTE_MODIFIED;
 360 }
 361
 362 static void vunmap_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end,
 363                              pgtbl_mod_mask *mask)
 364 {
 365         pmd_t *pmd;
 366         unsigned long next;
 367         int cleared;
 368
 369         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 370         do {
 371                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 372
 373                 cleared = pmd_clear_huge(pmd);
 374                 if (cleared || pmd_bad(*pmd))
 375                         *mask |= PGTBL_PMD_MODIFIED;
 376
 377                 if (cleared)
 378                         continue;
 379                 if (pmd_none_or_clear_bad(pmd))
 380                         continue;
 381                 vunmap_pte_range(pmd, addr, next, mask);
 382
 383                 cond_resched();
 384         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
 385 }
 386
 387 static void vunmap_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
 388                              pgtbl_mod_mask *mask)
 389 {
 390         pud_t *pud;
 391         unsigned long next;
 392         int cleared;
 393
 394         pud = pud_offset(p4d, addr);
 395         do {
 396                 next = pud_addr_end(addr, end);
 397
 398                 cleared = pud_clear_huge(pud);
 399                 if (cleared || pud_bad(*pud))
 400                         *mask |= PGTBL_PUD_MODIFIED;
 401
 402                 if (cleared)
 403                         continue;
 404                 if (pud_none_or_clear_bad(pud))
 405                         continue;
 406                 vunmap_pmd_range(pud, addr, next, mask);
 407         } while (pud++, addr = next, addr != end);
 408 }
 409
 410 static void vunmap_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr, unsigned long end,
 411                              pgtbl_mod_mask *mask)
 412 {
 413         p4d_t *p4d;
 414         unsigned long next;
 415
 416         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 417         do {
 418                 next = p4d_addr_end(addr, end);
 419
 420                 p4d_clear_huge(p4d);
 421                 if (p4d_bad(*p4d))
 422                         *mask |= PGTBL_P4D_MODIFIED;
 423
 424                 if (p4d_none_or_clear_bad(p4d))
 425                         continue;
 426                 vunmap_pud_range(p4d, addr, next, mask);
 427         } while (p4d++, addr = next, addr != end);
 428 }
 429
 430 /*
 431  * vunmap_range_noflush is similar to vunmap_range, but does not
 432  * flush caches or TLBs.
 433  *
 434  * The caller is responsible for calling flush_cache_vmap() before calling
 435  * this function, and flush_tlb_kernel_range after it has returned
 436  * successfully (and before the addresses are expected to cause a page fault
 437  * or be re-mapped for something else, if TLB flushes are being delayed or
 438  * coalesced).
 439  *
 440  * This is an internal function only. Do not use outside mm/.
 441  */
 442 void __vunmap_range_noflush(unsigned long start, unsigned long end)
 443 {
 444         unsigned long next;
 445         pgd_t *pgd;
 446         unsigned long addr = start;
 447         pgtbl_mod_mask mask = 0;
 448
 449         BUG_ON(addr >= end);
 450         pgd = pgd_offset_k(addr);
 451         do {
 452                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 453                 if (pgd_bad(*pgd))
 454                         mask |= PGTBL_PGD_MODIFIED;
 455                 if (pgd_none_or_clear_bad(pgd))
 456                         continue;
 457                 vunmap_p4d_range(pgd, addr, next, &mask);
 458         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
 459
 460         if (mask & ARCH_PAGE_TABLE_SYNC_MASK)
 461                 arch_sync_kernel_mappings(start, end);
 462 }
 463
 464 void vunmap_range_noflush(unsigned long start, unsigned long end)
 465 {
 466         kmsan_vunmap_range_noflush(start, end);
 467         __vunmap_range_noflush(start, end);
 468 }
 469
 470 /**
 471  * vunmap_range - unmap kernel virtual addresses
 472  * @addr: start of the VM area to unmap
 473  * @end: end of the VM area to unmap (non-inclusive)
 474  *
 475  * Clears any present PTEs in the virtual address range, flushes TLBs and
 476  * caches. Any subsequent access to the address before it has been re-mapped
 477  * is a kernel bug.
 478  */
 479 void vunmap_range(unsigned long addr, unsigned long end)
 480 {
 481         flush_cache_vunmap(addr, end);
 482         vunmap_range_noflush(addr, end);
 483         flush_tlb_kernel_range(addr, end);
 484 }
 485
 486 static int vmap_pages_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
 487                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 488                 pgtbl_mod_mask *mask)
 489 {
 490         pte_t *pte;
 491
 492         /*
 493          * nr is a running index into the array which helps higher level
 494          * callers keep track of where we're up to.
 495          */
 496
 497         pte = pte_alloc_kernel_track(pmd, addr, mask);
 498         if (!pte)
 499                 return -ENOMEM;
 500         do {
 501                 struct page *page = pages[*nr];
 502
 503                 if (WARN_ON(!pte_none(ptep_get(pte))))
 504                         return -EBUSY;
 505                 if (WARN_ON(!page))
 506                         return -ENOMEM;
 507                 if (WARN_ON(!pfn_valid(page_to_pfn(page))))
 508                         return -EINVAL;
 509
 510                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, mk_pte(page, prot));
 511                 (*nr)++;
 512         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 513         *mask |= PGTBL_PTE_MODIFIED;
 514         return 0;
 515 }
 516
 517 static int vmap_pages_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr,
 518                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 519                 pgtbl_mod_mask *mask)
 520 {
 521         pmd_t *pmd;
 522         unsigned long next;
 523
 524         pmd = pmd_alloc_track(&init_mm, pud, addr, mask);
 525         if (!pmd)
 526                 return -ENOMEM;
 527         do {
 528                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 529                 if (vmap_pages_pte_range(pmd, addr, next, prot, pages, nr, mask))
 530                         return -ENOMEM;
 531         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
 532         return 0;
 533 }
 534
 535 static int vmap_pages_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr,
 536                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 537                 pgtbl_mod_mask *mask)
 538 {
 539         pud_t *pud;
 540         unsigned long next;
 541
 542         pud = pud_alloc_track(&init_mm, p4d, addr, mask);
 543         if (!pud)
 544                 return -ENOMEM;
 545         do {
 546                 next = pud_addr_end(addr, end);
 547                 if (vmap_pages_pmd_range(pud, addr, next, prot, pages, nr, mask))
 548                         return -ENOMEM;
 549         } while (pud++, addr = next, addr != end);
 550         return 0;
 551 }
 552
 553 static int vmap_pages_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr,
 554                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 555                 pgtbl_mod_mask *mask)
 556 {
 557         p4d_t *p4d;
 558         unsigned long next;
 559
 560         p4d = p4d_alloc_track(&init_mm, pgd, addr, mask);
 561         if (!p4d)
 562                 return -ENOMEM;
 563         do {
 564                 next = p4d_addr_end(addr, end);
 565                 if (vmap_pages_pud_range(p4d, addr, next, prot, pages, nr, mask))
 566                         return -ENOMEM;
 567         } while (p4d++, addr = next, addr != end);
 568         return 0;
 569 }
 570
 571 static int vmap_small_pages_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
 572                 pgprot_t prot, struct page **pages)
 573 {
 574         unsigned long start = addr;
 575         pgd_t *pgd;
 576         unsigned long next;
 577         int err = 0;
 578         int nr = 0;
 579         pgtbl_mod_mask mask = 0;
 580
 581         BUG_ON(addr >= end);
 582         pgd = pgd_offset_k(addr);
 583         do {
 584                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 585                 if (pgd_bad(*pgd))
 586                         mask |= PGTBL_PGD_MODIFIED;
 587                 err = vmap_pages_p4d_range(pgd, addr, next, prot, pages, &nr, &mask);
 588                 if (err)
 589                         return err;
 590         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
 591
 592         if (mask & ARCH_PAGE_TABLE_SYNC_MASK)
 593                 arch_sync_kernel_mappings(start, end);
 594
 595         return 0;
 596 }
 597
 598 /*
 599  * vmap_pages_range_noflush is similar to vmap_pages_range, but does not
 600  * flush caches.
 601  *
 602  * The caller is responsible for calling flush_cache_vmap() after this
 603  * function returns successfully and before the addresses are accessed.
 604  *
 605  * This is an internal function only. Do not use outside mm/.
 606  */
 607 int __vmap_pages_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
 608                 pgprot_t prot, struct page **pages, unsigned int page_shift)
 609 {
 610         unsigned int i, nr = (end - addr) >> PAGE_SHIFT;
 611
 612         WARN_ON(page_shift < PAGE_SHIFT);
 613
 614         if (!IS_ENABLED(CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC) ||
 615                         page_shift == PAGE_SHIFT)
 616                 return vmap_small_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages);
 617
 618         for (i = 0; i < nr; i += 1U << (page_shift - PAGE_SHIFT)) {
 619                 int err;
 620
 621                 err = vmap_range_noflush(addr, addr + (1UL << page_shift),
 622                                         page_to_phys(pages[i]), prot,
 623                                         page_shift);
 624                 if (err)
 625                         return err;
 626
 627                 addr += 1UL << page_shift;
 628         }
 629
 630         return 0;
 631 }
 632
 633 int vmap_pages_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
 634                 pgprot_t prot, struct page **pages, unsigned int page_shift)
 635 {
 636         int ret = kmsan_vmap_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages,
 637                                                  page_shift);
 638
 639         if (ret)
 640                 return ret;
 641         return __vmap_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages, page_shift);
 642 }
 643
 644 /**
 645  * vmap_pages_range - map pages to a kernel virtual address
 646  * @addr: start of the VM area to map
 647  * @end: end of the VM area to map (non-inclusive)
 648  * @prot: page protection flags to use
 649  * @pages: pages to map (always PAGE_SIZE pages)
 650  * @page_shift: maximum shift that the pages may be mapped with, @pages must
 651  * be aligned and contiguous up to at least this shift.
 652  *
 653  * RETURNS:
 654  * 0 on success, -errno on failure.
 655  */
 656 static int vmap_pages_range(unsigned long addr, unsigned long end,
 657                 pgprot_t prot, struct page **pages, unsigned int page_shift)
 658 {
 659         int err;
 660
 661         err = vmap_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages, page_shift);
 662         flush_cache_vmap(addr, end);
 663         return err;
 664 }
 665
 666 static int check_sparse_vm_area(struct vm_struct *area, unsigned long start,
 667                                 unsigned long end)
 668 {
 669         might_sleep();
 670         if (WARN_ON_ONCE(area->flags & VM_FLUSH_RESET_PERMS))
 671                 return -EINVAL;
 672         if (WARN_ON_ONCE(area->flags & VM_NO_GUARD))
 673                 return -EINVAL;
 674         if (WARN_ON_ONCE(!(area->flags & VM_SPARSE)))
 675                 return -EINVAL;
 676         if ((end - start) >> PAGE_SHIFT > totalram_pages())
 677                 return -E2BIG;
 678         if (start < (unsigned long)area->addr ||
 679             (void *)end > area->addr + get_vm_area_size(area))
 680                 return -ERANGE;
 681         return 0;
 682 }
 683
 684 /**
 685  * vm_area_map_pages - map pages inside given sparse vm_area
 686  * @area: vm_area
 687  * @start: start address inside vm_area
 688  * @end: end address inside vm_area
 689  * @pages: pages to map (always PAGE_SIZE pages)
 690  */
 691 int vm_area_map_pages(struct vm_struct *area, unsigned long start,
 692                       unsigned long end, struct page **pages)
 693 {
 694         int err;
 695
 696         err = check_sparse_vm_area(area, start, end);
 697         if (err)
 698                 return err;
 699
 700         return vmap_pages_range(start, end, PAGE_KERNEL, pages, PAGE_SHIFT);
 701 }
 702
 703 /**
 704  * vm_area_unmap_pages - unmap pages inside given sparse vm_area
 705  * @area: vm_area
 706  * @start: start address inside vm_area
 707  * @end: end address inside vm_area
 708  */
 709 void vm_area_unmap_pages(struct vm_struct *area, unsigned long start,
 710                          unsigned long end)
 711 {
 712         if (check_sparse_vm_area(area, start, end))
 713                 return;
 714
 715         vunmap_range(start, end);
 716 }
 717
 718 int is_vmalloc_or_module_addr(const void *x)
 719 {
 720         /*
 721          * ARM, x86-64 and sparc64 put modules in a special place,
 722          * and fall back on vmalloc() if that fails. Others
 723          * just put it in the vmalloc space.
 724          */
 725 #if defined(CONFIG_MODULES) && defined(MODULES_VADDR)
 726         unsigned long addr = (unsigned long)kasan_reset_tag(x);
 727         if (addr >= MODULES_VADDR && addr < MODULES_END)
 728                 return 1;
 729 #endif
 730         return is_vmalloc_addr(x);
 731 }
 732 EXPORT_SYMBOL_GPL(is_vmalloc_or_module_addr);
 733
 734 /*
 735  * Walk a vmap address to the struct page it maps. Huge vmap mappings will
 736  * return the tail page that corresponds to the base page address, which
 737  * matches small vmap mappings.
 738  */
 739 struct page *vmalloc_to_page(const void *vmalloc_addr)
 740 {
 741         unsigned long addr = (unsigned long) vmalloc_addr;
 742         struct page *page = NULL;
 743         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(addr);
 744         p4d_t *p4d;
 745         pud_t *pud;
 746         pmd_t *pmd;
 747         pte_t *ptep, pte;
 748
 749         /*
 750          * XXX we might need to change this if we add VIRTUAL_BUG_ON for
 751          * architectures that do not vmalloc module space
 752          */
 753         VIRTUAL_BUG_ON(!is_vmalloc_or_module_addr(vmalloc_addr));
 754
 755         if (pgd_none(*pgd))
 756                 return NULL;
 757         if (WARN_ON_ONCE(pgd_leaf(*pgd)))
 758                 return NULL; /* XXX: no allowance for huge pgd */
 759         if (WARN_ON_ONCE(pgd_bad(*pgd)))
 760                 return NULL;
 761
 762         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 763         if (p4d_none(*p4d))
 764                 return NULL;
 765         if (p4d_leaf(*p4d))
 766                 return p4d_page(*p4d) + ((addr & ~P4D_MASK) >> PAGE_SHIFT);
 767         if (WARN_ON_ONCE(p4d_bad(*p4d)))
 768                 return NULL;
 769
 770         pud = pud_offset(p4d, addr);
 771         if (pud_none(*pud))
 772                 return NULL;
 773         if (pud_leaf(*pud))
 774                 return pud_page(*pud) + ((addr & ~PUD_MASK) >> PAGE_SHIFT);
 775         if (WARN_ON_ONCE(pud_bad(*pud)))
 776                 return NULL;
 777
 778         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 779         if (pmd_none(*pmd))
 780                 return NULL;
 781         if (pmd_leaf(*pmd))
 782                 return pmd_page(*pmd) + ((addr & ~PMD_MASK) >> PAGE_SHIFT);
 783         if (WARN_ON_ONCE(pmd_bad(*pmd)))
 784                 return NULL;
 785
 786         ptep = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 787         pte = ptep_get(ptep);
 788         if (pte_present(pte))
 789                 page = pte_page(pte);
 790
 791         return page;
 792 }
 793 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_to_page);
 794
 795 /*
 796  * Map a vmalloc()-space virtual address to the physical page frame number.
 797  */
 798 unsigned long vmalloc_to_pfn(const void *vmalloc_addr)
 799 {
 800         return page_to_pfn(vmalloc_to_page(vmalloc_addr));
 801 }
 802 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_to_pfn);
 803
 804
 805 /*** Global kva allocator ***/
 806
 807 #define DEBUG_AUGMENT_PROPAGATE_CHECK 0
 808 #define DEBUG_AUGMENT_LOWEST_MATCH_CHECK 0
 809
 810
 811 static DEFINE_SPINLOCK(free_vmap_area_lock);
 812 static bool vmap_initialized __read_mostly;
 813
 814 /*
 815  * This kmem_cache is used for vmap_area objects. Instead of
 816  * allocating from slab we reuse an object from this cache to
 817  * make things faster. Especially in "no edge" splitting of
 818  * free block.
 819  */
 820 static struct kmem_cache *vmap_area_cachep;
 821
 822 /*
 823  * This linked list is used in pair with free_vmap_area_root.
 824  * It gives O(1) access to prev/next to perform fast coalescing.
 825  */
 826 static LIST_HEAD(free_vmap_area_list);
 827
 828 /*
 829  * This augment red-black tree represents the free vmap space.
 830  * All vmap_area objects in this tree are sorted by va->va_start
 831  * address. It is used for allocation and merging when a vmap
 832  * object is released.
 833  *
 834  * Each vmap_area node contains a maximum available free block
 835  * of its sub-tree, right or left. Therefore it is possible to
 836  * find a lowest match of free area.
 837  */
 838 static struct rb_root free_vmap_area_root = RB_ROOT;
 839
 840 /*
 841  * Preload a CPU with one object for "no edge" split case. The
 842  * aim is to get rid of allocations from the atomic context, thus
 843  * to use more permissive allocation masks.
 844  */
 845 static DEFINE_PER_CPU(struct vmap_area *, ne_fit_preload_node);
 846
 847 /*
 848  * This structure defines a single, solid model where a list and
 849  * rb-tree are part of one entity protected by the lock. Nodes are
 850  * sorted in ascending order, thus for O(1) access to left/right
 851  * neighbors a list is used as well as for sequential traversal.
 852  */
 853 struct rb_list {
 854         struct rb_root root;
 855         struct list_head head;
 856         spinlock_t lock;
 857 };
 858
 859 /*
 860  * A fast size storage contains VAs up to 1M size. A pool consists
 861  * of linked between each other ready to go VAs of certain sizes.
 862  * An index in the pool-array corresponds to number of pages + 1.
 863  */
 864 #define MAX_VA_SIZE_PAGES 256
 865
 866 struct vmap_pool {
 867         struct list_head head;
 868         unsigned long len;
 869 };
 870
 871 /*
 872  * An effective vmap-node logic. Users make use of nodes instead
 873  * of a global heap. It allows to balance an access and mitigate
 874  * contention.
 875  */
 876 static struct vmap_node {
 877         /* Simple size segregated storage. */
 878         struct vmap_pool pool[MAX_VA_SIZE_PAGES];
 879         spinlock_t pool_lock;
 880         bool skip_populate;
 881
 882         /* Bookkeeping data of this node. */
 883         struct rb_list busy;
 884         struct rb_list lazy;
 885
 886         /*
 887          * Ready-to-free areas.
 888          */
 889         struct list_head purge_list;
 890         struct work_struct purge_work;
 891         unsigned long nr_purged;
 892 } single;
 893
 894 /*
 895  * Initial setup consists of one single node, i.e. a balancing
 896  * is fully disabled. Later on, after vmap is initialized these
 897  * parameters are updated based on a system capacity.
 898  */
 899 static struct vmap_node *vmap_nodes = &single;
 900 static __read_mostly unsigned int nr_vmap_nodes = 1;
 901 static __read_mostly unsigned int vmap_zone_size = 1;
 902
 903 static inline unsigned int
 904 addr_to_node_id(unsigned long addr)
 905 {
 906         return (addr / vmap_zone_size) % nr_vmap_nodes;
 907 }
 908
 909 static inline struct vmap_node *
 910 addr_to_node(unsigned long addr)
 911 {
 912         return &vmap_nodes[addr_to_node_id(addr)];
 913 }
 914
 915 static inline struct vmap_node *
 916 id_to_node(unsigned int id)
 917 {
 918         return &vmap_nodes[id % nr_vmap_nodes];
 919 }
 920
 921 /*
 922  * We use the value 0 to represent "no node", that is why
 923  * an encoded value will be the node-id incremented by 1.
 924  * It is always greater then 0. A valid node_id which can
 925  * be encoded is [0:nr_vmap_nodes - 1]. If a passed node_id
 926  * is not valid 0 is returned.
 927  */
 928 static unsigned int
 929 encode_vn_id(unsigned int node_id)
 930 {
 931         /* Can store U8_MAX [0:254] nodes. */
 932         if (node_id < nr_vmap_nodes)
 933                 return (node_id + 1) << BITS_PER_BYTE;
 934
 935         /* Warn and no node encoded. */
 936         WARN_ONCE(1, "Encode wrong node id (%u)\n", node_id);
 937         return 0;
 938 }
 939
 940 /*
 941  * Returns an encoded node-id, the valid range is within
 942  * [0:nr_vmap_nodes-1] values. Otherwise nr_vmap_nodes is
 943  * returned if extracted data is wrong.
 944  */
 945 static unsigned int
 946 decode_vn_id(unsigned int val)
 947 {
 948         unsigned int node_id = (val >> BITS_PER_BYTE) - 1;
 949
 950         /* Can store U8_MAX [0:254] nodes. */
 951         if (node_id < nr_vmap_nodes)
 952                 return node_id;
 953
 954         /* If it was _not_ zero, warn. */
 955         WARN_ONCE(node_id != UINT_MAX,
 956                 "Decode wrong node id (%d)\n", node_id);
 957
 958         return nr_vmap_nodes;
 959 }
 960
 961 static bool
 962 is_vn_id_valid(unsigned int node_id)
 963 {
 964         if (node_id < nr_vmap_nodes)
 965                 return true;
 966
 967         return false;
 968 }
 969
 970 static __always_inline unsigned long
 971 va_size(struct vmap_area *va)
 972 {
 973         return (va->va_end - va->va_start);
 974 }
 975
 976 static __always_inline unsigned long
 977 get_subtree_max_size(struct rb_node *node)
 978 {
 979         struct vmap_area *va;
 980
 981         va = rb_entry_safe(node, struct vmap_area, rb_node);
 982         return va ? va->subtree_max_size : 0;
 983 }
 984
 985 RB_DECLARE_CALLBACKS_MAX(static, free_vmap_area_rb_augment_cb,
 986         struct vmap_area, rb_node, unsigned long, subtree_max_size, va_size)
 987
 988 static void reclaim_and_purge_vmap_areas(void);
 989 static BLOCKING_NOTIFIER_HEAD(vmap_notify_list);
 990 static void drain_vmap_area_work(struct work_struct *work);
 991 static DECLARE_WORK(drain_vmap_work, drain_vmap_area_work);
 992
 993 static atomic_long_t nr_vmalloc_pages;
 994
 995 unsigned long vmalloc_nr_pages(void)
 996 {
 997         return atomic_long_read(&nr_vmalloc_pages);
 998 }
 999
1000 static struct vmap_area *__find_vmap_area(unsigned long addr, struct rb_root *root)
1001 {
1002         struct rb_node *n = root->rb_node;
1003
1004         addr = (unsigned long)kasan_reset_tag((void *)addr);
1005
1006         while (n) {
1007                 struct vmap_area *va;
1008
1009                 va = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
1010                 if (addr < va->va_start)
1011                         n = n->rb_left;
1012                 else if (addr >= va->va_end)
1013                         n = n->rb_right;
1014                 else
1015                         return va;
1016         }
1017
1018         return NULL;
1019 }
1020
1021 /* Look up the first VA which satisfies addr < va_end, NULL if none. */
1022 static struct vmap_area *
1023 __find_vmap_area_exceed_addr(unsigned long addr, struct rb_root *root)
1024 {
1025         struct vmap_area *va = NULL;
1026         struct rb_node *n = root->rb_node;
1027
1028         addr = (unsigned long)kasan_reset_tag((void *)addr);
1029
1030         while (n) {
1031                 struct vmap_area *tmp;
1032
1033                 tmp = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
1034                 if (tmp->va_end > addr) {
1035                         va = tmp;
1036                         if (tmp->va_start <= addr)
1037                                 break;
1038
1039                         n = n->rb_left;
1040                 } else
1041                         n = n->rb_right;
1042         }
1043
1044         return va;
1045 }
1046
1047 /*
1048  * Returns a node where a first VA, that satisfies addr < va_end, resides.
1049  * If success, a node is locked. A user is responsible to unlock it when a
1050  * VA is no longer needed to be accessed.
1051  *
1052  * Returns NULL if nothing found.
1053  */
1054 static struct vmap_node *
1055 find_vmap_area_exceed_addr_lock(unsigned long addr, struct vmap_area **va)
1056 {
1057         unsigned long va_start_lowest;
1058         struct vmap_node *vn;
1059         int i;
1060
1061 repeat:
1062         for (i = 0, va_start_lowest = 0; i < nr_vmap_nodes; i++) {
1063                 vn = &vmap_nodes[i];
1064
1065                 spin_lock(&vn->busy.lock);
1066                 *va = __find_vmap_area_exceed_addr(addr, &vn->busy.root);
1067
1068                 if (*va)
1069                         if (!va_start_lowest || (*va)->va_start < va_start_lowest)
1070                                 va_start_lowest = (*va)->va_start;
1071                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
1072         }
1073
1074         /*
1075          * Check if found VA exists, it might have gone away.  In this case we
1076          * repeat the search because a VA has been removed concurrently and we
1077          * need to proceed to the next one, which is a rare case.
1078          */
1079         if (va_start_lowest) {
1080                 vn = addr_to_node(va_start_lowest);
1081
1082                 spin_lock(&vn->busy.lock);
1083                 *va = __find_vmap_area(va_start_lowest, &vn->busy.root);
1084
1085                 if (*va)
1086                         return vn;
1087
1088                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
1089                 goto repeat;
1090         }
1091
1092         return NULL;
1093 }
1094
1095 /*
1096  * This function returns back addresses of parent node
1097  * and its left or right link for further processing.
1098  *
1099  * Otherwise NULL is returned. In that case all further
1100  * steps regarding inserting of conflicting overlap range
1101  * have to be declined and actually considered as a bug.
1102  */
1103 static __always_inline struct rb_node **
1104 find_va_links(struct vmap_area *va,
1105         struct rb_root *root, struct rb_node *from,
1106         struct rb_node **parent)
1107 {
1108         struct vmap_area *tmp_va;
1109         struct rb_node **link;
1110
1111         if (root) {
1112                 link = &root->rb_node;
1113                 if (unlikely(!*link)) {
1114                         *parent = NULL;
1115                         return link;
1116                 }
1117         } else {
1118                 link = &from;
1119         }
1120
1121         /*
1122          * Go to the bottom of the tree. When we hit the last point
1123          * we end up with parent rb_node and correct direction, i name
1124          * it link, where the new va->rb_node will be attached to.
1125          */
1126         do {
1127                 tmp_va = rb_entry(*link, struct vmap_area, rb_node);
1128
1129                 /*
1130                  * During the traversal we also do some sanity check.
1131                  * Trigger the BUG() if there are sides(left/right)
1132                  * or full overlaps.
1133                  */
1134                 if (va->va_end <= tmp_va->va_start)
1135                         link = &(*link)->rb_left;
1136                 else if (va->va_start >= tmp_va->va_end)
1137                         link = &(*link)->rb_right;
1138                 else {
1139                         WARN(1, "vmalloc bug: 0x%lx-0x%lx overlaps with 0x%lx-0x%lx\n",
1140                                 va->va_start, va->va_end, tmp_va->va_start, tmp_va->va_end);
1141
1142                         return NULL;
1143                 }
1144         } while (*link);
1145
1146         *parent = &tmp_va->rb_node;
1147         return link;
1148 }
1149
1150 static __always_inline struct list_head *
1151 get_va_next_sibling(struct rb_node *parent, struct rb_node **link)
1152 {
1153         struct list_head *list;
1154
1155         if (unlikely(!parent))
1156                 /*
1157                  * The red-black tree where we try to find VA neighbors
1158                  * before merging or inserting is empty, i.e. it means
1159                  * there is no free vmap space. Normally it does not
1160                  * happen but we handle this case anyway.
1161                  */
1162                 return NULL;
1163
1164         list = &rb_entry(parent, struct vmap_area, rb_node)->list;
1165         return (&parent->rb_right == link ? list->next : list);
1166 }
1167
1168 static __always_inline void
1169 __link_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root,
1170         struct rb_node *parent, struct rb_node **link,
1171         struct list_head *head, bool augment)
1172 {
1173         /*
1174          * VA is still not in the list, but we can
1175          * identify its future previous list_head node.
1176          */
1177         if (likely(parent)) {
1178                 head = &rb_entry(parent, struct vmap_area, rb_node)->list;
1179                 if (&parent->rb_right != link)
1180                         head = head->prev;
1181         }
1182
1183         /* Insert to the rb-tree */
1184         rb_link_node(&va->rb_node, parent, link);
1185         if (augment) {
1186                 /*
1187                  * Some explanation here. Just perform simple insertion
1188                  * to the tree. We do not set va->subtree_max_size to
1189                  * its current size before calling rb_insert_augmented().
1190                  * It is because we populate the tree from the bottom
1191                  * to parent levels when the node _is_ in the tree.
1192                  *
1193                  * Therefore we set subtree_max_size to zero after insertion,
1194                  * to let __augment_tree_propagate_from() puts everything to
1195                  * the correct order later on.
1196                  */
1197                 rb_insert_augmented(&va->rb_node,
1198                         root, &free_vmap_area_rb_augment_cb);
1199                 va->subtree_max_size = 0;
1200         } else {
1201                 rb_insert_color(&va->rb_node, root);
1202         }
1203
1204         /* Address-sort this list */
1205         list_add(&va->list, head);
1206 }
1207
1208 static __always_inline void
1209 link_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root,
1210         struct rb_node *parent, struct rb_node **link,
1211         struct list_head *head)
1212 {
1213         __link_va(va, root, parent, link, head, false);
1214 }
1215
1216 static __always_inline void
1217 link_va_augment(struct vmap_area *va, struct rb_root *root,
1218         struct rb_node *parent, struct rb_node **link,
1219         struct list_head *head)
1220 {
1221         __link_va(va, root, parent, link, head, true);
1222 }
1223
1224 static __always_inline void
1225 __unlink_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root, bool augment)
1226 {
1227         if (WARN_ON(RB_EMPTY_NODE(&va->rb_node)))
1228                 return;
1229
1230         if (augment)
1231                 rb_erase_augmented(&va->rb_node,
1232                         root, &free_vmap_area_rb_augment_cb);
1233         else
1234                 rb_erase(&va->rb_node, root);
1235
1236         list_del_init(&va->list);
1237         RB_CLEAR_NODE(&va->rb_node);
1238 }
1239
1240 static __always_inline void
1241 unlink_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root)
1242 {
1243         __unlink_va(va, root, false);
1244 }
1245
1246 static __always_inline void
1247 unlink_va_augment(struct vmap_area *va, struct rb_root *root)
1248 {
1249         __unlink_va(va, root, true);
1250 }
1251
1252 #if DEBUG_AUGMENT_PROPAGATE_CHECK
1253 /*
1254  * Gets called when remove the node and rotate.
1255  */
1256 static __always_inline unsigned long
1257 compute_subtree_max_size(struct vmap_area *va)
1258 {
1259         return max3(va_size(va),
1260                 get_subtree_max_size(va->rb_node.rb_left),
1261                 get_subtree_max_size(va->rb_node.rb_right));
1262 }
1263
1264 static void
1265 augment_tree_propagate_check(void)
1266 {
1267         struct vmap_area *va;
1268         unsigned long computed_size;
1269
1270         list_for_each_entry(va, &free_vmap_area_list, list) {
1271                 computed_size = compute_subtree_max_size(va);
1272                 if (computed_size != va->subtree_max_size)
1273                         pr_emerg("tree is corrupted: %lu, %lu\n",
1274                                 va_size(va), va->subtree_max_size);
1275         }
1276 }
1277 #endif
1278
1279 /*
1280  * This function populates subtree_max_size from bottom to upper
1281  * levels starting from VA point. The propagation must be done
1282  * when VA size is modified by changing its va_start/va_end. Or
1283  * in case of newly inserting of VA to the tree.
1284  *
1285  * It means that __augment_tree_propagate_from() must be called:
1286  * - After VA has been inserted to the tree(free path);
1287  * - After VA has been shrunk(allocation path);
1288  * - After VA has been increased(merging path).
1289  *
1290  * Please note that, it does not mean that upper parent nodes
1291  * and their subtree_max_size are recalculated all the time up
1292  * to the root node.
1293  *
1294  *       4--8
1295  *        /\
1296  *       /  \
1297  *      /    \
1298  *    2--2  8--8
1299  *
1300  * For example if we modify the node 4, shrinking it to 2, then
1301  * no any modification is required. If we shrink the node 2 to 1
1302  * its subtree_max_size is updated only, and set to 1. If we shrink
1303  * the node 8 to 6, then its subtree_max_size is set to 6 and parent
1304  * node becomes 4--6.
1305  */
1306 static __always_inline void
1307 augment_tree_propagate_from(struct vmap_area *va)
1308 {
1309         /*
1310          * Populate the tree from bottom towards the root until
1311          * the calculated maximum available size of checked node
1312          * is equal to its current one.
1313          */
1314         free_vmap_area_rb_augment_cb_propagate(&va->rb_node, NULL);
1315
1316 #if DEBUG_AUGMENT_PROPAGATE_CHECK
1317         augment_tree_propagate_check();
1318 #endif
1319 }
1320
1321 static void
1322 insert_vmap_area(struct vmap_area *va,
1323         struct rb_root *root, struct list_head *head)
1324 {
1325         struct rb_node **link;
1326         struct rb_node *parent;
1327
1328         link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
1329         if (link)
1330                 link_va(va, root, parent, link, head);
1331 }
1332
1333 static void
1334 insert_vmap_area_augment(struct vmap_area *va,
1335         struct rb_node *from, struct rb_root *root,
1336         struct list_head *head)
1337 {
1338         struct rb_node **link;
1339         struct rb_node *parent;
1340
1341         if (from)
1342                 link = find_va_links(va, NULL, from, &parent);
1343         else
1344                 link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
1345
1346         if (link) {
1347                 link_va_augment(va, root, parent, link, head);
1348                 augment_tree_propagate_from(va);
1349         }
1350 }
1351
1352 /*
1353  * Merge de-allocated chunk of VA memory with previous
1354  * and next free blocks. If coalesce is not done a new
1355  * free area is inserted. If VA has been merged, it is
1356  * freed.
1357  *
1358  * Please note, it can return NULL in case of overlap
1359  * ranges, followed by WARN() report. Despite it is a
1360  * buggy behaviour, a system can be alive and keep
1361  * ongoing.
1362  */
1363 static __always_inline struct vmap_area *
1364 __merge_or_add_vmap_area(struct vmap_area *va,
1365         struct rb_root *root, struct list_head *head, bool augment)
1366 {
1367         struct vmap_area *sibling;
1368         struct list_head *next;
1369         struct rb_node **link;
1370         struct rb_node *parent;
1371         bool merged = false;
1372
1373         /*
1374          * Find a place in the tree where VA potentially will be
1375          * inserted, unless it is merged with its sibling/siblings.
1376          */
1377         link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
1378         if (!link)
1379                 return NULL;
1380
1381         /*
1382          * Get next node of VA to check if merging can be done.
1383          */
1384         next = get_va_next_sibling(parent, link);
1385         if (unlikely(next == NULL))
1386                 goto insert;
1387
1388         /*
1389          * start            end
1390          * |                |
1391          * |<------VA------>|<-----Next----->|
1392          *                  |                |
1393          *                  start            end
1394          */
1395         if (next != head) {
1396                 sibling = list_entry(next, struct vmap_area, list);
1397                 if (sibling->va_start == va->va_end) {
1398                         sibling->va_start = va->va_start;
1399
1400                         /* Free vmap_area object. */
1401                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1402
1403                         /* Point to the new merged area. */
1404                         va = sibling;
1405                         merged = true;
1406                 }
1407         }
1408
1409         /*
1410          * start            end
1411          * |                |
1412          * |<-----Prev----->|<------VA------>|
1413          *                  |                |
1414          *                  start            end
1415          */
1416         if (next->prev != head) {
1417                 sibling = list_entry(next->prev, struct vmap_area, list);
1418                 if (sibling->va_end == va->va_start) {
1419                         /*
1420                          * If both neighbors are coalesced, it is important
1421                          * to unlink the "next" node first, followed by merging
1422                          * with "previous" one. Otherwise the tree might not be
1423                          * fully populated if a sibling's augmented value is
1424                          * "normalized" because of rotation operations.
1425                          */
1426                         if (merged)
1427                                 __unlink_va(va, root, augment);
1428
1429                         sibling->va_end = va->va_end;
1430
1431                         /* Free vmap_area object. */
1432                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1433
1434                         /* Point to the new merged area. */
1435                         va = sibling;
1436                         merged = true;
1437                 }
1438         }
1439
1440 insert:
1441         if (!merged)
1442                 __link_va(va, root, parent, link, head, augment);
1443
1444         return va;
1445 }
1446
1447 static __always_inline struct vmap_area *
1448 merge_or_add_vmap_area(struct vmap_area *va,
1449         struct rb_root *root, struct list_head *head)
1450 {
1451         return __merge_or_add_vmap_area(va, root, head, false);
1452 }
1453
1454 static __always_inline struct vmap_area *
1455 merge_or_add_vmap_area_augment(struct vmap_area *va,
1456         struct rb_root *root, struct list_head *head)
1457 {
1458         va = __merge_or_add_vmap_area(va, root, head, true);
1459         if (va)
1460                 augment_tree_propagate_from(va);
1461
1462         return va;
1463 }
1464
1465 static __always_inline bool
1466 is_within_this_va(struct vmap_area *va, unsigned long size,
1467         unsigned long align, unsigned long vstart)
1468 {
1469         unsigned long nva_start_addr;
1470
1471         if (va->va_start > vstart)
1472                 nva_start_addr = ALIGN(va->va_start, align);
1473         else
1474                 nva_start_addr = ALIGN(vstart, align);
1475
1476         /* Can be overflowed due to big size or alignment. */
1477         if (nva_start_addr + size < nva_start_addr ||
1478                         nva_start_addr < vstart)
1479                 return false;
1480
1481         return (nva_start_addr + size <= va->va_end);
1482 }
1483
1484 /*
1485  * Find the first free block(lowest start address) in the tree,
1486  * that will accomplish the request corresponding to passing
1487  * parameters. Please note, with an alignment bigger than PAGE_SIZE,
1488  * a search length is adjusted to account for worst case alignment
1489  * overhead.
1490  */
1491 static __always_inline struct vmap_area *
1492 find_vmap_lowest_match(struct rb_root *root, unsigned long size,
1493         unsigned long align, unsigned long vstart, bool adjust_search_size)
1494 {
1495         struct vmap_area *va;
1496         struct rb_node *node;
1497         unsigned long length;
1498
1499         /* Start from the root. */
1500         node = root->rb_node;
1501
1502         /* Adjust the search size for alignment overhead. */
1503         length = adjust_search_size ? size + align - 1 : size;
1504
1505         while (node) {
1506                 va = rb_entry(node, struct vmap_area, rb_node);
1507
1508                 if (get_subtree_max_size(node->rb_left) >= length &&
1509                                 vstart < va->va_start) {
1510                         node = node->rb_left;
1511                 } else {
1512                         if (is_within_this_va(va, size, align, vstart))
1513                                 return va;
1514
1515                         /*
1516                          * Does not make sense to go deeper towards the right
1517                          * sub-tree if it does not have a free block that is
1518                          * equal or bigger to the requested search length.
1519                          */
1520                         if (get_subtree_max_size(node->rb_right) >= length) {
1521                                 node = node->rb_right;
1522                                 continue;
1523                         }
1524
1525                         /*
1526                          * OK. We roll back and find the first right sub-tree,
1527                          * that will satisfy the search criteria. It can happen
1528                          * due to "vstart" restriction or an alignment overhead
1529                          * that is bigger then PAGE_SIZE.
1530                          */
1531                         while ((node = rb_parent(node))) {
1532                                 va = rb_entry(node, struct vmap_area, rb_node);
1533                                 if (is_within_this_va(va, size, align, vstart))
1534                                         return va;
1535
1536                                 if (get_subtree_max_size(node->rb_right) >= length &&
1537                                                 vstart <= va->va_start) {
1538                                         /*
1539                                          * Shift the vstart forward. Please note, we update it with
1540                                          * parent's start address adding "1" because we do not want
1541                                          * to enter same sub-tree after it has already been checked
1542                                          * and no suitable free block found there.
1543                                          */
1544                                         vstart = va->va_start + 1;
1545                                         node = node->rb_right;
1546                                         break;
1547                                 }
1548                         }
1549                 }
1550         }
1551
1552         return NULL;
1553 }
1554
1555 #if DEBUG_AUGMENT_LOWEST_MATCH_CHECK
1556 #include <linux/random.h>
1557
1558 static struct vmap_area *
1559 find_vmap_lowest_linear_match(struct list_head *head, unsigned long size,
1560         unsigned long align, unsigned long vstart)
1561 {
1562         struct vmap_area *va;
1563
1564         list_for_each_entry(va, head, list) {
1565                 if (!is_within_this_va(va, size, align, vstart))
1566                         continue;
1567
1568                 return va;
1569         }
1570
1571         return NULL;
1572 }
1573
1574 static void
1575 find_vmap_lowest_match_check(struct rb_root *root, struct list_head *head,
1576                              unsigned long size, unsigned long align)
1577 {
1578         struct vmap_area *va_1, *va_2;
1579         unsigned long vstart;
1580         unsigned int rnd;
1581
1582         get_random_bytes(&rnd, sizeof(rnd));
1583         vstart = VMALLOC_START + rnd;
1584
1585         va_1 = find_vmap_lowest_match(root, size, align, vstart, false);
1586         va_2 = find_vmap_lowest_linear_match(head, size, align, vstart);
1587
1588         if (va_1 != va_2)
1589                 pr_emerg("not lowest: t: 0x%p, l: 0x%p, v: 0x%lx\n",
1590                         va_1, va_2, vstart);
1591 }
1592 #endif
1593
1594 enum fit_type {
1595         NOTHING_FIT = 0,
1596         FL_FIT_TYPE = 1,        /* full fit */
1597         LE_FIT_TYPE = 2,        /* left edge fit */
1598         RE_FIT_TYPE = 3,        /* right edge fit */
1599         NE_FIT_TYPE = 4         /* no edge fit */
1600 };
1601
1602 static __always_inline enum fit_type
1603 classify_va_fit_type(struct vmap_area *va,
1604         unsigned long nva_start_addr, unsigned long size)
1605 {
1606         enum fit_type type;
1607
1608         /* Check if it is within VA. */
1609         if (nva_start_addr < va->va_start ||
1610                         nva_start_addr + size > va->va_end)
1611                 return NOTHING_FIT;
1612
1613         /* Now classify. */
1614         if (va->va_start == nva_start_addr) {
1615                 if (va->va_end == nva_start_addr + size)
1616                         type = FL_FIT_TYPE;
1617                 else
1618                         type = LE_FIT_TYPE;
1619         } else if (va->va_end == nva_start_addr + size) {
1620                 type = RE_FIT_TYPE;
1621         } else {
1622                 type = NE_FIT_TYPE;
1623         }
1624
1625         return type;
1626 }
1627
1628 static __always_inline int
1629 va_clip(struct rb_root *root, struct list_head *head,
1630                 struct vmap_area *va, unsigned long nva_start_addr,
1631                 unsigned long size)
1632 {
1633         struct vmap_area *lva = NULL;
1634         enum fit_type type = classify_va_fit_type(va, nva_start_addr, size);
1635
1636         if (type == FL_FIT_TYPE) {
1637                 /*
1638                  * No need to split VA, it fully fits.
1639                  *
1640                  * |               |
1641                  * V      NVA      V
1642                  * |---------------|
1643                  */
1644                 unlink_va_augment(va, root);
1645                 kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1646         } else if (type == LE_FIT_TYPE) {
1647                 /*
1648                  * Split left edge of fit VA.
1649                  *
1650                  * |       |
1651                  * V  NVA  V   R
1652                  * |-------|-------|
1653                  */
1654                 va->va_start += size;
1655         } else if (type == RE_FIT_TYPE) {
1656                 /*
1657                  * Split right edge of fit VA.
1658                  *
1659                  *         |       |
1660                  *     L   V  NVA  V
1661                  * |-------|-------|
1662                  */
1663                 va->va_end = nva_start_addr;
1664         } else if (type == NE_FIT_TYPE) {
1665                 /*
1666                  * Split no edge of fit VA.
1667                  *
1668                  *     |       |
1669                  *   L V  NVA  V R
1670                  * |---|-------|---|
1671                  */
1672                 lva = __this_cpu_xchg(ne_fit_preload_node, NULL);
1673                 if (unlikely(!lva)) {
1674                         /*
1675                          * For percpu allocator we do not do any pre-allocation
1676                          * and leave it as it is. The reason is it most likely
1677                          * never ends up with NE_FIT_TYPE splitting. In case of
1678                          * percpu allocations offsets and sizes are aligned to
1679                          * fixed align request, i.e. RE_FIT_TYPE and FL_FIT_TYPE
1680                          * are its main fitting cases.
1681                          *
1682                          * There are a few exceptions though, as an example it is
1683                          * a first allocation (early boot up) when we have "one"
1684                          * big free space that has to be split.
1685                          *
1686                          * Also we can hit this path in case of regular "vmap"
1687                          * allocations, if "this" current CPU was not preloaded.
1688                          * See the comment in alloc_vmap_area() why. If so, then
1689                          * GFP_NOWAIT is used instead to get an extra object for
1690                          * split purpose. That is rare and most time does not
1691                          * occur.
1692                          *
1693                          * What happens if an allocation gets failed. Basically,
1694                          * an "overflow" path is triggered to purge lazily freed
1695                          * areas to free some memory, then, the "retry" path is
1696                          * triggered to repeat one more time. See more details
1697                          * in alloc_vmap_area() function.
1698                          */
1699                         lva = kmem_cache_alloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
1700                         if (!lva)
1701                                 return -1;
1702                 }
1703
1704                 /*
1705                  * Build the remainder.
1706                  */
1707                 lva->va_start = va->va_start;
1708                 lva->va_end = nva_start_addr;
1709
1710                 /*
1711                  * Shrink this VA to remaining size.
1712                  */
1713                 va->va_start = nva_start_addr + size;
1714         } else {
1715                 return -1;
1716         }
1717
1718         if (type != FL_FIT_TYPE) {
1719                 augment_tree_propagate_from(va);
1720
1721                 if (lva)        /* type == NE_FIT_TYPE */
1722                         insert_vmap_area_augment(lva, &va->rb_node, root, head);
1723         }
1724
1725         return 0;
1726 }
1727
1728 static unsigned long
1729 va_alloc(struct vmap_area *va,
1730                 struct rb_root *root, struct list_head *head,
1731                 unsigned long size, unsigned long align,
1732                 unsigned long vstart, unsigned long vend)
1733 {
1734         unsigned long nva_start_addr;
1735         int ret;
1736
1737         if (va->va_start > vstart)
1738                 nva_start_addr = ALIGN(va->va_start, align);
1739         else
1740                 nva_start_addr = ALIGN(vstart, align);
1741
1742         /* Check the "vend" restriction. */
1743         if (nva_start_addr + size > vend)
1744                 return vend;
1745
1746         /* Update the free vmap_area. */
1747         ret = va_clip(root, head, va, nva_start_addr, size);
1748         if (WARN_ON_ONCE(ret))
1749                 return vend;
1750
1751         return nva_start_addr;
1752 }
1753
1754 /*
1755  * Returns a start address of the newly allocated area, if success.
1756  * Otherwise a vend is returned that indicates failure.
1757  */
1758 static __always_inline unsigned long
1759 __alloc_vmap_area(struct rb_root *root, struct list_head *head,
1760         unsigned long size, unsigned long align,
1761         unsigned long vstart, unsigned long vend)
1762 {
1763         bool adjust_search_size = true;
1764         unsigned long nva_start_addr;
1765         struct vmap_area *va;
1766
1767         /*
1768          * Do not adjust when:
1769          *   a) align <= PAGE_SIZE, because it does not make any sense.
1770          *      All blocks(their start addresses) are at least PAGE_SIZE
1771          *      aligned anyway;
1772          *   b) a short range where a requested size corresponds to exactly
1773          *      specified [vstart:vend] interval and an alignment > PAGE_SIZE.
1774          *      With adjusted search length an allocation would not succeed.
1775          */
1776         if (align <= PAGE_SIZE || (align > PAGE_SIZE && (vend - vstart) == size))
1777                 adjust_search_size = false;
1778
1779         va = find_vmap_lowest_match(root, size, align, vstart, adjust_search_size);
1780         if (unlikely(!va))
1781                 return vend;
1782
1783         nva_start_addr = va_alloc(va, root, head, size, align, vstart, vend);
1784         if (nva_start_addr == vend)
1785                 return vend;
1786
1787 #if DEBUG_AUGMENT_LOWEST_MATCH_CHECK
1788         find_vmap_lowest_match_check(root, head, size, align);
1789 #endif
1790
1791         return nva_start_addr;
1792 }
1793
1794 /*
1795  * Free a region of KVA allocated by alloc_vmap_area
1796  */
1797 static void free_vmap_area(struct vmap_area *va)
1798 {
1799         struct vmap_node *vn = addr_to_node(va->va_start);
1800
1801         /*
1802          * Remove from the busy tree/list.
1803          */
1804         spin_lock(&vn->busy.lock);
1805         unlink_va(va, &vn->busy.root);
1806         spin_unlock(&vn->busy.lock);
1807
1808         /*
1809          * Insert/Merge it back to the free tree/list.
1810          */
1811         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
1812         merge_or_add_vmap_area_augment(va, &free_vmap_area_root, &free_vmap_area_list);
1813         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
1814 }
1815
1816 static inline void
1817 preload_this_cpu_lock(spinlock_t *lock, gfp_t gfp_mask, int node)
1818 {
1819         struct vmap_area *va = NULL;
1820
1821         /*
1822          * Preload this CPU with one extra vmap_area object. It is used
1823          * when fit type of free area is NE_FIT_TYPE. It guarantees that
1824          * a CPU that does an allocation is preloaded.
1825          *
1826          * We do it in non-atomic context, thus it allows us to use more
1827          * permissive allocation masks to be more stable under low memory
1828          * condition and high memory pressure.
1829          */
1830         if (!this_cpu_read(ne_fit_preload_node))
1831                 va = kmem_cache_alloc_node(vmap_area_cachep, gfp_mask, node);
1832
1833         spin_lock(lock);
1834
1835         if (va && __this_cpu_cmpxchg(ne_fit_preload_node, NULL, va))
1836                 kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1837 }
1838
1839 static struct vmap_pool *
1840 size_to_va_pool(struct vmap_node *vn, unsigned long size)
1841 {
1842         unsigned int idx = (size - 1) / PAGE_SIZE;
1843
1844         if (idx < MAX_VA_SIZE_PAGES)
1845                 return &vn->pool[idx];
1846
1847         return NULL;
1848 }
1849
1850 static bool
1851 node_pool_add_va(struct vmap_node *n, struct vmap_area *va)
1852 {
1853         struct vmap_pool *vp;
1854
1855         vp = size_to_va_pool(n, va_size(va));
1856         if (!vp)
1857                 return false;
1858
1859         spin_lock(&n->pool_lock);
1860         list_add(&va->list, &vp->head);
1861         WRITE_ONCE(vp->len, vp->len + 1);
1862         spin_unlock(&n->pool_lock);
1863
1864         return true;
1865 }
1866
1867 static struct vmap_area *
1868 node_pool_del_va(struct vmap_node *vn, unsigned long size,
1869                 unsigned long align, unsigned long vstart,
1870                 unsigned long vend)
1871 {
1872         struct vmap_area *va = NULL;
1873         struct vmap_pool *vp;
1874         int err = 0;
1875
1876         vp = size_to_va_pool(vn, size);
1877         if (!vp || list_empty(&vp->head))
1878                 return NULL;
1879
1880         spin_lock(&vn->pool_lock);
1881         if (!list_empty(&vp->head)) {
1882                 va = list_first_entry(&vp->head, struct vmap_area, list);
1883
1884                 if (IS_ALIGNED(va->va_start, align)) {
1885                         /*
1886                          * Do some sanity check and emit a warning
1887                          * if one of below checks detects an error.
1888                          */
1889                         err |= (va_size(va) != size);
1890                         err |= (va->va_start < vstart);
1891                         err |= (va->va_end > vend);
1892
1893                         if (!WARN_ON_ONCE(err)) {
1894                                 list_del_init(&va->list);
1895                                 WRITE_ONCE(vp->len, vp->len - 1);
1896                         } else {
1897                                 va = NULL;
1898                         }
1899                 } else {
1900                         list_move_tail(&va->list, &vp->head);
1901                         va = NULL;
1902                 }
1903         }
1904         spin_unlock(&vn->pool_lock);
1905
1906         return va;
1907 }
1908
1909 static struct vmap_area *
1910 node_alloc(unsigned long size, unsigned long align,
1911                 unsigned long vstart, unsigned long vend,
1912                 unsigned long *addr, unsigned int *vn_id)
1913 {
1914         struct vmap_area *va;
1915
1916         *vn_id = 0;
1917         *addr = vend;
1918
1919         /*
1920          * Fallback to a global heap if not vmalloc or there
1921          * is only one node.
1922          */
1923         if (vstart != VMALLOC_START || vend != VMALLOC_END ||
1924                         nr_vmap_nodes == 1)
1925                 return NULL;
1926
1927         *vn_id = raw_smp_processor_id() % nr_vmap_nodes;
1928         va = node_pool_del_va(id_to_node(*vn_id), size, align, vstart, vend);
1929         *vn_id = encode_vn_id(*vn_id);
1930
1931         if (va)
1932                 *addr = va->va_start;
1933
1934         return va;
1935 }
1936
1937 static inline void setup_vmalloc_vm(struct vm_struct *vm,
1938         struct vmap_area *va, unsigned long flags, const void *caller)
1939 {
1940         vm->flags = flags;
1941         vm->addr = (void *)va->va_start;
1942         vm->size = va->va_end - va->va_start;
1943         vm->caller = caller;
1944         va->vm = vm;
1945 }
1946
1947 /*
1948  * Allocate a region of KVA of the specified size and alignment, within the
1949  * vstart and vend. If vm is passed in, the two will also be bound.
1950  */
1951 static struct vmap_area *alloc_vmap_area(unsigned long size,
1952                                 unsigned long align,
1953                                 unsigned long vstart, unsigned long vend,
1954                                 int node, gfp_t gfp_mask,
1955                                 unsigned long va_flags, struct vm_struct *vm)
1956 {
1957         struct vmap_node *vn;
1958         struct vmap_area *va;
1959         unsigned long freed;
1960         unsigned long addr;
1961         unsigned int vn_id;
1962         int purged = 0;
1963         int ret;
1964
1965         if (unlikely(!size || offset_in_page(size) || !is_power_of_2(align)))
1966                 return ERR_PTR(-EINVAL);
1967
1968         if (unlikely(!vmap_initialized))
1969                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1970
1971         might_sleep();
1972
1973         /*
1974          * If a VA is obtained from a global heap(if it fails here)
1975          * it is anyway marked with this "vn_id" so it is returned
1976          * to this pool's node later. Such way gives a possibility
1977          * to populate pools based on users demand.
1978          *
1979          * On success a ready to go VA is returned.
1980          */
1981         va = node_alloc(size, align, vstart, vend, &addr, &vn_id);
1982         if (!va) {
1983                 gfp_mask = gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK;
1984
1985                 va = kmem_cache_alloc_node(vmap_area_cachep, gfp_mask, node);
1986                 if (unlikely(!va))
1987                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
1988
1989                 /*
1990                  * Only scan the relevant parts containing pointers to other objects
1991                  * to avoid false negatives.
1992                  */
1993                 kmemleak_scan_area(&va->rb_node, SIZE_MAX, gfp_mask);
1994         }
1995
1996 retry:
1997         if (addr == vend) {
1998                 preload_this_cpu_lock(&free_vmap_area_lock, gfp_mask, node);
1999                 addr = __alloc_vmap_area(&free_vmap_area_root, &free_vmap_area_list,
2000                         size, align, vstart, vend);
2001                 spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
2002         }
2003
2004         trace_alloc_vmap_area(addr, size, align, vstart, vend, addr == vend);
2005
2006         /*
2007          * If an allocation fails, the "vend" address is
2008          * returned. Therefore trigger the overflow path.
2009          */
2010         if (unlikely(addr == vend))
2011                 goto overflow;
2012
2013         va->va_start = addr;
2014         va->va_end = addr + size;
2015         va->vm = NULL;
2016         va->flags = (va_flags | vn_id);
2017
2018         if (vm) {
2019                 vm->addr = (void *)va->va_start;
2020                 vm->size = va->va_end - va->va_start;
2021                 va->vm = vm;
2022         }
2023
2024         vn = addr_to_node(va->va_start);
2025
2026         spin_lock(&vn->busy.lock);
2027         insert_vmap_area(va, &vn->busy.root, &vn->busy.head);
2028         spin_unlock(&vn->busy.lock);
2029
2030         BUG_ON(!IS_ALIGNED(va->va_start, align));
2031         BUG_ON(va->va_start < vstart);
2032         BUG_ON(va->va_end > vend);
2033
2034         ret = kasan_populate_vmalloc(addr, size);
2035         if (ret) {
2036                 free_vmap_area(va);
2037                 return ERR_PTR(ret);
2038         }
2039
2040         return va;
2041
2042 overflow:
2043         if (!purged) {
2044                 reclaim_and_purge_vmap_areas();
2045                 purged = 1;
2046                 goto retry;
2047         }
2048
2049         freed = 0;
2050         blocking_notifier_call_chain(&vmap_notify_list, 0, &freed);
2051
2052         if (freed > 0) {
2053                 purged = 0;
2054                 goto retry;
2055         }
2056
2057         if (!(gfp_mask & __GFP_NOWARN) && printk_ratelimit())
2058                 pr_warn("vmap allocation for size %lu failed: use vmalloc=<size> to increase size\n",
2059                         size);
2060
2061         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
2062         return ERR_PTR(-EBUSY);
2063 }
2064
2065 int register_vmap_purge_notifier(struct notifier_block *nb)
2066 {
2067         return blocking_notifier_chain_register(&vmap_notify_list, nb);
2068 }
2069 EXPORT_SYMBOL_GPL(register_vmap_purge_notifier);
2070
2071 int unregister_vmap_purge_notifier(struct notifier_block *nb)
2072 {
2073         return blocking_notifier_chain_unregister(&vmap_notify_list, nb);
2074 }
2075 EXPORT_SYMBOL_GPL(unregister_vmap_purge_notifier);
2076
2077 /*
2078  * lazy_max_pages is the maximum amount of virtual address space we gather up
2079  * before attempting to purge with a TLB flush.
2080  *
2081  * There is a tradeoff here: a larger number will cover more kernel page tables
2082  * and take slightly longer to purge, but it will linearly reduce the number of
2083  * global TLB flushes that must be performed. It would seem natural to scale
2084  * this number up linearly with the number of CPUs (because vmapping activity
2085  * could also scale linearly with the number of CPUs), however it is likely
2086  * that in practice, workloads might be constrained in other ways that mean
2087  * vmap activity will not scale linearly with CPUs. Also, I want to be
2088  * conservative and not introduce a big latency on huge systems, so go with
2089  * a less aggressive log scale. It will still be an improvement over the old
2090  * code, and it will be simple to change the scale factor if we find that it
2091  * becomes a problem on bigger systems.
2092  */
2093 static unsigned long lazy_max_pages(void)
2094 {
2095         unsigned int log;
2096
2097         log = fls(num_online_cpus());
2098
2099         return log * (32UL * 1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
2100 }
2101
2102 static atomic_long_t vmap_lazy_nr = ATOMIC_LONG_INIT(0);
2103
2104 /*
2105  * Serialize vmap purging.  There is no actual critical section protected
2106  * by this lock, but we want to avoid concurrent calls for performance
2107  * reasons and to make the pcpu_get_vm_areas more deterministic.
2108  */
2109 static DEFINE_MUTEX(vmap_purge_lock);
2110
2111 /* for per-CPU blocks */
2112 static void purge_fragmented_blocks_allcpus(void);
2113 static cpumask_t purge_nodes;
2114
2115 static void
2116 reclaim_list_global(struct list_head *head)
2117 {
2118         struct vmap_area *va, *n;
2119
2120         if (list_empty(head))
2121                 return;
2122
2123         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
2124         list_for_each_entry_safe(va, n, head, list)
2125                 merge_or_add_vmap_area_augment(va,
2126                         &free_vmap_area_root, &free_vmap_area_list);
2127         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
2128 }
2129
2130 static void
2131 decay_va_pool_node(struct vmap_node *vn, bool full_decay)
2132 {
2133         struct vmap_area *va, *nva;
2134         struct list_head decay_list;
2135         struct rb_root decay_root;
2136         unsigned long n_decay;
2137         int i;
2138
2139         decay_root = RB_ROOT;
2140         INIT_LIST_HEAD(&decay_list);
2141
2142         for (i = 0; i < MAX_VA_SIZE_PAGES; i++) {
2143                 struct list_head tmp_list;
2144
2145                 if (list_empty(&vn->pool[i].head))
2146                         continue;
2147
2148                 INIT_LIST_HEAD(&tmp_list);
2149
2150                 /* Detach the pool, so no-one can access it. */
2151                 spin_lock(&vn->pool_lock);
2152                 list_replace_init(&vn->pool[i].head, &tmp_list);
2153                 spin_unlock(&vn->pool_lock);
2154
2155                 if (full_decay)
2156                         WRITE_ONCE(vn->pool[i].len, 0);
2157
2158                 /* Decay a pool by ~25% out of left objects. */
2159                 n_decay = vn->pool[i].len >> 2;
2160
2161                 list_for_each_entry_safe(va, nva, &tmp_list, list) {
2162                         list_del_init(&va->list);
2163                         merge_or_add_vmap_area(va, &decay_root, &decay_list);
2164
2165                         if (!full_decay) {
2166                                 WRITE_ONCE(vn->pool[i].len, vn->pool[i].len - 1);
2167
2168                                 if (!--n_decay)
2169                                         break;
2170                         }
2171                 }
2172
2173                 /*
2174                  * Attach the pool back if it has been partly decayed.
2175                  * Please note, it is supposed that nobody(other contexts)
2176                  * can populate the pool therefore a simple list replace
2177                  * operation takes place here.
2178                  */
2179                 if (!full_decay && !list_empty(&tmp_list)) {
2180                         spin_lock(&vn->pool_lock);
2181                         list_replace_init(&tmp_list, &vn->pool[i].head);
2182                         spin_unlock(&vn->pool_lock);
2183                 }
2184         }
2185
2186         reclaim_list_global(&decay_list);
2187 }
2188
2189 static void purge_vmap_node(struct work_struct *work)
2190 {
2191         struct vmap_node *vn = container_of(work,
2192                 struct vmap_node, purge_work);
2193         struct vmap_area *va, *n_va;
2194         LIST_HEAD(local_list);
2195
2196         vn->nr_purged = 0;
2197
2198         list_for_each_entry_safe(va, n_va, &vn->purge_list, list) {
2199                 unsigned long nr = (va->va_end - va->va_start) >> PAGE_SHIFT;
2200                 unsigned long orig_start = va->va_start;
2201                 unsigned long orig_end = va->va_end;
2202                 unsigned int vn_id = decode_vn_id(va->flags);
2203
2204                 list_del_init(&va->list);
2205
2206                 if (is_vmalloc_or_module_addr((void *)orig_start))
2207                         kasan_release_vmalloc(orig_start, orig_end,
2208                                               va->va_start, va->va_end);
2209
2210                 atomic_long_sub(nr, &vmap_lazy_nr);
2211                 vn->nr_purged++;
2212
2213                 if (is_vn_id_valid(vn_id) && !vn->skip_populate)
2214                         if (node_pool_add_va(vn, va))
2215                                 continue;
2216
2217                 /* Go back to global. */
2218                 list_add(&va->list, &local_list);
2219         }
2220
2221         reclaim_list_global(&local_list);
2222 }
2223
2224 /*
2225  * Purges all lazily-freed vmap areas.
2226  */
2227 static bool __purge_vmap_area_lazy(unsigned long start, unsigned long end,
2228                 bool full_pool_decay)
2229 {
2230         unsigned long nr_purged_areas = 0;
2231         unsigned int nr_purge_helpers;
2232         unsigned int nr_purge_nodes;
2233         struct vmap_node *vn;
2234         int i;
2235
2236         lockdep_assert_held(&vmap_purge_lock);
2237
2238         /*
2239          * Use cpumask to mark which node has to be processed.
2240          */
2241         purge_nodes = CPU_MASK_NONE;
2242
2243         for (i = 0; i < nr_vmap_nodes; i++) {
2244                 vn = &vmap_nodes[i];
2245
2246                 INIT_LIST_HEAD(&vn->purge_list);
2247                 vn->skip_populate = full_pool_decay;
2248                 decay_va_pool_node(vn, full_pool_decay);
2249
2250                 if (RB_EMPTY_ROOT(&vn->lazy.root))
2251                         continue;
2252
2253                 spin_lock(&vn->lazy.lock);
2254                 WRITE_ONCE(vn->lazy.root.rb_node, NULL);
2255                 list_replace_init(&vn->lazy.head, &vn->purge_list);
2256                 spin_unlock(&vn->lazy.lock);
2257
2258                 start = min(start, list_first_entry(&vn->purge_list,
2259                         struct vmap_area, list)->va_start);
2260
2261                 end = max(end, list_last_entry(&vn->purge_list,
2262                         struct vmap_area, list)->va_end);
2263
2264                 cpumask_set_cpu(i, &purge_nodes);
2265         }
2266
2267         nr_purge_nodes = cpumask_weight(&purge_nodes);
2268         if (nr_purge_nodes > 0) {
2269                 flush_tlb_kernel_range(start, end);
2270
2271                 /* One extra worker is per a lazy_max_pages() full set minus one. */
2272                 nr_purge_helpers = atomic_long_read(&vmap_lazy_nr) / lazy_max_pages();
2273                 nr_purge_helpers = clamp(nr_purge_helpers, 1U, nr_purge_nodes) - 1;
2274
2275                 for_each_cpu(i, &purge_nodes) {
2276                         vn = &vmap_nodes[i];
2277
2278                         if (nr_purge_helpers > 0) {
2279                                 INIT_WORK(&vn->purge_work, purge_vmap_node);
2280
2281                                 if (cpumask_test_cpu(i, cpu_online_mask))
2282                                         schedule_work_on(i, &vn->purge_work);
2283                                 else
2284                                         schedule_work(&vn->purge_work);
2285
2286                                 nr_purge_helpers--;
2287                         } else {
2288                                 vn->purge_work.func = NULL;
2289                                 purge_vmap_node(&vn->purge_work);
2290                                 nr_purged_areas += vn->nr_purged;
2291                         }
2292                 }
2293
2294                 for_each_cpu(i, &purge_nodes) {
2295                         vn = &vmap_nodes[i];
2296
2297                         if (vn->purge_work.func) {
2298                                 flush_work(&vn->purge_work);
2299                                 nr_purged_areas += vn->nr_purged;
2300                         }
2301                 }
2302         }
2303
2304         trace_purge_vmap_area_lazy(start, end, nr_purged_areas);
2305         return nr_purged_areas > 0;
2306 }
2307
2308 /*
2309  * Reclaim vmap areas by purging fragmented blocks and purge_vmap_area_list.
2310  */
2311 static void reclaim_and_purge_vmap_areas(void)
2312
2313 {
2314         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
2315         purge_fragmented_blocks_allcpus();
2316         __purge_vmap_area_lazy(ULONG_MAX, 0, true);
2317         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
2318 }
2319
2320 static void drain_vmap_area_work(struct work_struct *work)
2321 {
2322         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
2323         __purge_vmap_area_lazy(ULONG_MAX, 0, false);
2324         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
2325 }
2326
2327 /*
2328  * Free a vmap area, caller ensuring that the area has been unmapped,
2329  * unlinked and flush_cache_vunmap had been called for the correct
2330  * range previously.
2331  */
2332 static void free_vmap_area_noflush(struct vmap_area *va)
2333 {
2334         unsigned long nr_lazy_max = lazy_max_pages();
2335         unsigned long va_start = va->va_start;
2336         unsigned int vn_id = decode_vn_id(va->flags);
2337         struct vmap_node *vn;
2338         unsigned long nr_lazy;
2339
2340         if (WARN_ON_ONCE(!list_empty(&va->list)))
2341                 return;
2342
2343         nr_lazy = atomic_long_add_return((va->va_end - va->va_start) >>
2344                                 PAGE_SHIFT, &vmap_lazy_nr);
2345
2346         /*
2347          * If it was request by a certain node we would like to
2348          * return it to that node, i.e. its pool for later reuse.
2349          */
2350         vn = is_vn_id_valid(vn_id) ?
2351                 id_to_node(vn_id):addr_to_node(va->va_start);
2352
2353         spin_lock(&vn->lazy.lock);
2354         insert_vmap_area(va, &vn->lazy.root, &vn->lazy.head);
2355         spin_unlock(&vn->lazy.lock);
2356
2357         trace_free_vmap_area_noflush(va_start, nr_lazy, nr_lazy_max);
2358
2359         /* After this point, we may free va at any time */
2360         if (unlikely(nr_lazy > nr_lazy_max))
2361                 schedule_work(&drain_vmap_work);
2362 }
2363
2364 /*
2365  * Free and unmap a vmap area
2366  */
2367 static void free_unmap_vmap_area(struct vmap_area *va)
2368 {
2369         flush_cache_vunmap(va->va_start, va->va_end);
2370         vunmap_range_noflush(va->va_start, va->va_end);
2371         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2372                 flush_tlb_kernel_range(va->va_start, va->va_end);
2373
2374         free_vmap_area_noflush(va);
2375 }
2376
2377 struct vmap_area *find_vmap_area(unsigned long addr)
2378 {
2379         struct vmap_node *vn;
2380         struct vmap_area *va;
2381         int i, j;
2382
2383         if (unlikely(!vmap_initialized))
2384                 return NULL;
2385
2386         /*
2387          * An addr_to_node_id(addr) converts an address to a node index
2388          * where a VA is located. If VA spans several zones and passed
2389          * addr is not the same as va->va_start, what is not common, we
2390          * may need to scan extra nodes. See an example:
2391          *
2392          *      <----va---->
2393          * -|-----|-----|-----|-----|-
2394          *     1     2     0     1
2395          *
2396          * VA resides in node 1 whereas it spans 1, 2 an 0. If passed
2397          * addr is within 2 or 0 nodes we should do extra work.
2398          */
2399         i = j = addr_to_node_id(addr);
2400         do {
2401                 vn = &vmap_nodes[i];
2402
2403                 spin_lock(&vn->busy.lock);
2404                 va = __find_vmap_area(addr, &vn->busy.root);
2405                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
2406
2407                 if (va)
2408                         return va;
2409         } while ((i = (i + 1) % nr_vmap_nodes) != j);
2410
2411         return NULL;
2412 }
2413
2414 static struct vmap_area *find_unlink_vmap_area(unsigned long addr)
2415 {
2416         struct vmap_node *vn;
2417         struct vmap_area *va;
2418         int i, j;
2419
2420         /*
2421          * Check the comment in the find_vmap_area() about the loop.
2422          */
2423         i = j = addr_to_node_id(addr);
2424         do {
2425                 vn = &vmap_nodes[i];
2426
2427                 spin_lock(&vn->busy.lock);
2428                 va = __find_vmap_area(addr, &vn->busy.root);
2429                 if (va)
2430                         unlink_va(va, &vn->busy.root);
2431                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
2432
2433                 if (va)
2434                         return va;
2435         } while ((i = (i + 1) % nr_vmap_nodes) != j);
2436
2437         return NULL;
2438 }
2439
2440 /*** Per cpu kva allocator ***/
2441
2442 /*
2443  * vmap space is limited especially on 32 bit architectures. Ensure there is
2444  * room for at least 16 percpu vmap blocks per CPU.
2445  */
2446 /*
2447  * If we had a constant VMALLOC_START and VMALLOC_END, we'd like to be able
2448  * to #define VMALLOC_SPACE             (VMALLOC_END-VMALLOC_START). Guess
2449  * instead (we just need a rough idea)
2450  */
2451 #if BITS_PER_LONG == 32
2452 #define VMALLOC_SPACE           (128UL*1024*1024)
2453 #else
2454 #define VMALLOC_SPACE           (128UL*1024*1024*1024)
2455 #endif
2456
2457 #define VMALLOC_PAGES           (VMALLOC_SPACE / PAGE_SIZE)
2458 #define VMAP_MAX_ALLOC          BITS_PER_LONG   /* 256K with 4K pages */
2459 #define VMAP_BBMAP_BITS_MAX     1024    /* 4MB with 4K pages */
2460 #define VMAP_BBMAP_BITS_MIN     (VMAP_MAX_ALLOC*2)
2461 #define VMAP_MIN(x, y)          ((x) < (y) ? (x) : (y)) /* can't use min() */
2462 #define VMAP_MAX(x, y)          ((x) > (y) ? (x) : (y)) /* can't use max() */
2463 #define VMAP_BBMAP_BITS         \
2464                 VMAP_MIN(VMAP_BBMAP_BITS_MAX,   \
2465                 VMAP_MAX(VMAP_BBMAP_BITS_MIN,   \
2466                         VMALLOC_PAGES / roundup_pow_of_two(NR_CPUS) / 16))
2467
2468 #define VMAP_BLOCK_SIZE         (VMAP_BBMAP_BITS * PAGE_SIZE)
2469
2470 /*
2471  * Purge threshold to prevent overeager purging of fragmented blocks for
2472  * regular operations: Purge if vb->free is less than 1/4 of the capacity.
2473  */
2474 #define VMAP_PURGE_THRESHOLD    (VMAP_BBMAP_BITS / 4)
2475
2476 #define VMAP_RAM                0x1 /* indicates vm_map_ram area*/
2477 #define VMAP_BLOCK              0x2 /* mark out the vmap_block sub-type*/
2478 #define VMAP_FLAGS_MASK         0x3
2479
2480 struct vmap_block_queue {
2481         spinlock_t lock;
2482         struct list_head free;
2483
2484         /*
2485          * An xarray requires an extra memory dynamically to
2486          * be allocated. If it is an issue, we can use rb-tree
2487          * instead.
2488          */
2489         struct xarray vmap_blocks;
2490 };
2491
2492 struct vmap_block {
2493         spinlock_t lock;
2494         struct vmap_area *va;
2495         unsigned long free, dirty;
2496         DECLARE_BITMAP(used_map, VMAP_BBMAP_BITS);
2497         unsigned long dirty_min, dirty_max; /*< dirty range */
2498         struct list_head free_list;
2499         struct rcu_head rcu_head;
2500         struct list_head purge;
2501 };
2502
2503 /* Queue of free and dirty vmap blocks, for allocation and flushing purposes */
2504 static DEFINE_PER_CPU(struct vmap_block_queue, vmap_block_queue);
2505
2506 /*
2507  * In order to fast access to any "vmap_block" associated with a
2508  * specific address, we use a hash.
2509  *
2510  * A per-cpu vmap_block_queue is used in both ways, to serialize
2511  * an access to free block chains among CPUs(alloc path) and it
2512  * also acts as a vmap_block hash(alloc/free paths). It means we
2513  * overload it, since we already have the per-cpu array which is
2514  * used as a hash table. When used as a hash a 'cpu' passed to
2515  * per_cpu() is not actually a CPU but rather a hash index.
2516  *
2517  * A hash function is addr_to_vb_xa() which hashes any address
2518  * to a specific index(in a hash) it belongs to. This then uses a
2519  * per_cpu() macro to access an array with generated index.
2520  *
2521  * An example:
2522  *
2523  *  CPU_1  CPU_2  CPU_0
2524  *    |      |      |
2525  *    V      V      V
2526  * 0     10     20     30     40     50     60
2527  * |------|------|------|------|------|------|...<vmap address space>
2528  *   CPU0   CPU1   CPU2   CPU0   CPU1   CPU2
2529  *
2530  * - CPU_1 invokes vm_unmap_ram(6), 6 belongs to CPU0 zone, thus
2531  *   it access: CPU0/INDEX0 -> vmap_blocks -> xa_lock;
2532  *
2533  * - CPU_2 invokes vm_unmap_ram(11), 11 belongs to CPU1 zone, thus
2534  *   it access: CPU1/INDEX1 -> vmap_blocks -> xa_lock;
2535  *
2536  * - CPU_0 invokes vm_unmap_ram(20), 20 belongs to CPU2 zone, thus
2537  *   it access: CPU2/INDEX2 -> vmap_blocks -> xa_lock.
2538  *
2539  * This technique almost always avoids lock contention on insert/remove,
2540  * however xarray spinlocks protect against any contention that remains.
2541  */
2542 static struct xarray *
2543 addr_to_vb_xa(unsigned long addr)
2544 {
2545         int index = (addr / VMAP_BLOCK_SIZE) % num_possible_cpus();
2546
2547         return &per_cpu(vmap_block_queue, index).vmap_blocks;
2548 }
2549
2550 /*
2551  * We should probably have a fallback mechanism to allocate virtual memory
2552  * out of partially filled vmap blocks. However vmap block sizing should be
2553  * fairly reasonable according to the vmalloc size, so it shouldn't be a
2554  * big problem.
2555  */
2556
2557 static unsigned long addr_to_vb_idx(unsigned long addr)
2558 {
2559         addr -= VMALLOC_START & ~(VMAP_BLOCK_SIZE-1);
2560         addr /= VMAP_BLOCK_SIZE;
2561         return addr;
2562 }
2563
2564 static void *vmap_block_vaddr(unsigned long va_start, unsigned long pages_off)
2565 {
2566         unsigned long addr;
2567
2568         addr = va_start + (pages_off << PAGE_SHIFT);
2569         BUG_ON(addr_to_vb_idx(addr) != addr_to_vb_idx(va_start));
2570         return (void *)addr;
2571 }
2572
2573 /**
2574  * new_vmap_block - allocates new vmap_block and occupies 2^order pages in this
2575  *                  block. Of course pages number can't exceed VMAP_BBMAP_BITS
2576  * @order:    how many 2^order pages should be occupied in newly allocated block
2577  * @gfp_mask: flags for the page level allocator
2578  *
2579  * Return: virtual address in a newly allocated block or ERR_PTR(-errno)
2580  */
2581 static void *new_vmap_block(unsigned int order, gfp_t gfp_mask)
2582 {
2583         struct vmap_block_queue *vbq;
2584         struct vmap_block *vb;
2585         struct vmap_area *va;
2586         struct xarray *xa;
2587         unsigned long vb_idx;
2588         int node, err;
2589         void *vaddr;
2590
2591         node = numa_node_id();
2592
2593         vb = kmalloc_node(sizeof(struct vmap_block),
2594                         gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
2595         if (unlikely(!vb))
2596                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
2597
2598         va = alloc_vmap_area(VMAP_BLOCK_SIZE, VMAP_BLOCK_SIZE,
2599                                         VMALLOC_START, VMALLOC_END,
2600                                         node, gfp_mask,
2601                                         VMAP_RAM|VMAP_BLOCK, NULL);
2602         if (IS_ERR(va)) {
2603                 kfree(vb);
2604                 return ERR_CAST(va);
2605         }
2606
2607         vaddr = vmap_block_vaddr(va->va_start, 0);
2608         spin_lock_init(&vb->lock);
2609         vb->va = va;
2610         /* At least something should be left free */
2611         BUG_ON(VMAP_BBMAP_BITS <= (1UL << order));
2612         bitmap_zero(vb->used_map, VMAP_BBMAP_BITS);
2613         vb->free = VMAP_BBMAP_BITS - (1UL << order);
2614         vb->dirty = 0;
2615         vb->dirty_min = VMAP_BBMAP_BITS;
2616         vb->dirty_max = 0;
2617         bitmap_set(vb->used_map, 0, (1UL << order));
2618         INIT_LIST_HEAD(&vb->free_list);
2619
2620         xa = addr_to_vb_xa(va->va_start);
2621         vb_idx = addr_to_vb_idx(va->va_start);
2622         err = xa_insert(xa, vb_idx, vb, gfp_mask);
2623         if (err) {
2624                 kfree(vb);
2625                 free_vmap_area(va);
2626                 return ERR_PTR(err);
2627         }
2628
2629         vbq = raw_cpu_ptr(&vmap_block_queue);
2630         spin_lock(&vbq->lock);
2631         list_add_tail_rcu(&vb->free_list, &vbq->free);
2632         spin_unlock(&vbq->lock);
2633
2634         return vaddr;
2635 }
2636
2637 static void free_vmap_block(struct vmap_block *vb)
2638 {
2639         struct vmap_node *vn;
2640         struct vmap_block *tmp;
2641         struct xarray *xa;
2642
2643         xa = addr_to_vb_xa(vb->va->va_start);
2644         tmp = xa_erase(xa, addr_to_vb_idx(vb->va->va_start));
2645         BUG_ON(tmp != vb);
2646
2647         vn = addr_to_node(vb->va->va_start);
2648         spin_lock(&vn->busy.lock);
2649         unlink_va(vb->va, &vn->busy.root);
2650         spin_unlock(&vn->busy.lock);
2651
2652         free_vmap_area_noflush(vb->va);
2653         kfree_rcu(vb, rcu_head);
2654 }
2655
2656 static bool purge_fragmented_block(struct vmap_block *vb,
2657                 struct vmap_block_queue *vbq, struct list_head *purge_list,
2658                 bool force_purge)
2659 {
2660         if (vb->free + vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS ||
2661             vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS)
2662                 return false;
2663
2664         /* Don't overeagerly purge usable blocks unless requested */
2665         if (!(force_purge || vb->free < VMAP_PURGE_THRESHOLD))
2666                 return false;
2667
2668         /* prevent further allocs after releasing lock */
2669         WRITE_ONCE(vb->free, 0);
2670         /* prevent purging it again */
2671         WRITE_ONCE(vb->dirty, VMAP_BBMAP_BITS);
2672         vb->dirty_min = 0;
2673         vb->dirty_max = VMAP_BBMAP_BITS;
2674         spin_lock(&vbq->lock);
2675         list_del_rcu(&vb->free_list);
2676         spin_unlock(&vbq->lock);
2677         list_add_tail(&vb->purge, purge_list);
2678         return true;
2679 }
2680
2681 static void free_purged_blocks(struct list_head *purge_list)
2682 {
2683         struct vmap_block *vb, *n_vb;
2684
2685         list_for_each_entry_safe(vb, n_vb, purge_list, purge) {
2686                 list_del(&vb->purge);
2687                 free_vmap_block(vb);
2688         }
2689 }
2690
2691 static void purge_fragmented_blocks(int cpu)
2692 {
2693         LIST_HEAD(purge);
2694         struct vmap_block *vb;
2695         struct vmap_block_queue *vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, cpu);
2696
2697         rcu_read_lock();
2698         list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
2699                 unsigned long free = READ_ONCE(vb->free);
2700                 unsigned long dirty = READ_ONCE(vb->dirty);
2701
2702                 if (free + dirty != VMAP_BBMAP_BITS ||
2703                     dirty == VMAP_BBMAP_BITS)
2704                         continue;
2705
2706                 spin_lock(&vb->lock);
2707                 purge_fragmented_block(vb, vbq, &purge, true);
2708                 spin_unlock(&vb->lock);
2709         }
2710         rcu_read_unlock();
2711         free_purged_blocks(&purge);
2712 }
2713
2714 static void purge_fragmented_blocks_allcpus(void)
2715 {
2716         int cpu;
2717
2718         for_each_possible_cpu(cpu)
2719                 purge_fragmented_blocks(cpu);
2720 }
2721
2722 static void *vb_alloc(unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
2723 {
2724         struct vmap_block_queue *vbq;
2725         struct vmap_block *vb;
2726         void *vaddr = NULL;
2727         unsigned int order;
2728
2729         BUG_ON(offset_in_page(size));
2730         BUG_ON(size > PAGE_SIZE*VMAP_MAX_ALLOC);
2731         if (WARN_ON(size == 0)) {
2732                 /*
2733                  * Allocating 0 bytes isn't what caller wants since
2734                  * get_order(0) returns funny result. Just warn and terminate
2735                  * early.
2736                  */
2737                 return ERR_PTR(-EINVAL);
2738         }
2739         order = get_order(size);
2740
2741         rcu_read_lock();
2742         vbq = raw_cpu_ptr(&vmap_block_queue);
2743         list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
2744                 unsigned long pages_off;
2745
2746                 if (READ_ONCE(vb->free) < (1UL << order))
2747                         continue;
2748
2749                 spin_lock(&vb->lock);
2750                 if (vb->free < (1UL << order)) {
2751                         spin_unlock(&vb->lock);
2752                         continue;
2753                 }
2754
2755                 pages_off = VMAP_BBMAP_BITS - vb->free;
2756                 vaddr = vmap_block_vaddr(vb->va->va_start, pages_off);
2757                 WRITE_ONCE(vb->free, vb->free - (1UL << order));
2758                 bitmap_set(vb->used_map, pages_off, (1UL << order));
2759                 if (vb->free == 0) {
2760                         spin_lock(&vbq->lock);
2761                         list_del_rcu(&vb->free_list);
2762                         spin_unlock(&vbq->lock);
2763                 }
2764
2765                 spin_unlock(&vb->lock);
2766                 break;
2767         }
2768
2769         rcu_read_unlock();
2770
2771         /* Allocate new block if nothing was found */
2772         if (!vaddr)
2773                 vaddr = new_vmap_block(order, gfp_mask);
2774
2775         return vaddr;
2776 }
2777
2778 static void vb_free(unsigned long addr, unsigned long size)
2779 {
2780         unsigned long offset;
2781         unsigned int order;
2782         struct vmap_block *vb;
2783         struct xarray *xa;
2784
2785         BUG_ON(offset_in_page(size));
2786         BUG_ON(size > PAGE_SIZE*VMAP_MAX_ALLOC);
2787
2788         flush_cache_vunmap(addr, addr + size);
2789
2790         order = get_order(size);
2791         offset = (addr & (VMAP_BLOCK_SIZE - 1)) >> PAGE_SHIFT;
2792
2793         xa = addr_to_vb_xa(addr);
2794         vb = xa_load(xa, addr_to_vb_idx(addr));
2795
2796         spin_lock(&vb->lock);
2797         bitmap_clear(vb->used_map, offset, (1UL << order));
2798         spin_unlock(&vb->lock);
2799
2800         vunmap_range_noflush(addr, addr + size);
2801
2802         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2803                 flush_tlb_kernel_range(addr, addr + size);
2804
2805         spin_lock(&vb->lock);
2806
2807         /* Expand the not yet TLB flushed dirty range */
2808         vb->dirty_min = min(vb->dirty_min, offset);
2809         vb->dirty_max = max(vb->dirty_max, offset + (1UL << order));
2810
2811         WRITE_ONCE(vb->dirty, vb->dirty + (1UL << order));
2812         if (vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS) {
2813                 BUG_ON(vb->free);
2814                 spin_unlock(&vb->lock);
2815                 free_vmap_block(vb);
2816         } else
2817                 spin_unlock(&vb->lock);
2818 }
2819
2820 static void _vm_unmap_aliases(unsigned long start, unsigned long end, int flush)
2821 {
2822         LIST_HEAD(purge_list);
2823         int cpu;
2824
2825         if (unlikely(!vmap_initialized))
2826                 return;
2827
2828         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
2829
2830         for_each_possible_cpu(cpu) {
2831                 struct vmap_block_queue *vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, cpu);
2832                 struct vmap_block *vb;
2833                 unsigned long idx;
2834
2835                 rcu_read_lock();
2836                 xa_for_each(&vbq->vmap_blocks, idx, vb) {
2837                         spin_lock(&vb->lock);
2838
2839                         /*
2840                          * Try to purge a fragmented block first. If it's
2841                          * not purgeable, check whether there is dirty
2842                          * space to be flushed.
2843                          */
2844                         if (!purge_fragmented_block(vb, vbq, &purge_list, false) &&
2845                             vb->dirty_max && vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS) {
2846                                 unsigned long va_start = vb->va->va_start;
2847                                 unsigned long s, e;
2848
2849                                 s = va_start + (vb->dirty_min << PAGE_SHIFT);
2850                                 e = va_start + (vb->dirty_max << PAGE_SHIFT);
2851
2852                                 start = min(s, start);
2853                                 end   = max(e, end);
2854
2855                                 /* Prevent that this is flushed again */
2856                                 vb->dirty_min = VMAP_BBMAP_BITS;
2857                                 vb->dirty_max = 0;
2858
2859                                 flush = 1;
2860                         }
2861                         spin_unlock(&vb->lock);
2862                 }
2863                 rcu_read_unlock();
2864         }
2865         free_purged_blocks(&purge_list);
2866
2867         if (!__purge_vmap_area_lazy(start, end, false) && flush)
2868                 flush_tlb_kernel_range(start, end);
2869         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
2870 }
2871
2872 /**
2873  * vm_unmap_aliases - unmap outstanding lazy aliases in the vmap layer
2874  *
2875  * The vmap/vmalloc layer lazily flushes kernel virtual mappings primarily
2876  * to amortize TLB flushing overheads. What this means is that any page you
2877  * have now, may, in a former life, have been mapped into kernel virtual
2878  * address by the vmap layer and so there might be some CPUs with TLB entries
2879  * still referencing that page (additional to the regular 1:1 kernel mapping).
2880  *
2881  * vm_unmap_aliases flushes all such lazy mappings. After it returns, we can
2882  * be sure that none of the pages we have control over will have any aliases
2883  * from the vmap layer.
2884  */
2885 void vm_unmap_aliases(void)
2886 {
2887         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
2888         int flush = 0;
2889
2890         _vm_unmap_aliases(start, end, flush);
2891 }
2892 EXPORT_SYMBOL_GPL(vm_unmap_aliases);
2893
2894 /**
2895  * vm_unmap_ram - unmap linear kernel address space set up by vm_map_ram
2896  * @mem: the pointer returned by vm_map_ram
2897  * @count: the count passed to that vm_map_ram call (cannot unmap partial)
2898  */
2899 void vm_unmap_ram(const void *mem, unsigned int count)
2900 {
2901         unsigned long size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
2902         unsigned long addr = (unsigned long)kasan_reset_tag(mem);
2903         struct vmap_area *va;
2904
2905         might_sleep();
2906         BUG_ON(!addr);
2907         BUG_ON(addr < VMALLOC_START);
2908         BUG_ON(addr > VMALLOC_END);
2909         BUG_ON(!PAGE_ALIGNED(addr));
2910
2911         kasan_poison_vmalloc(mem, size);
2912
2913         if (likely(count <= VMAP_MAX_ALLOC)) {
2914                 debug_check_no_locks_freed(mem, size);
2915                 vb_free(addr, size);
2916                 return;
2917         }
2918
2919         va = find_unlink_vmap_area(addr);
2920         if (WARN_ON_ONCE(!va))
2921                 return;
2922
2923         debug_check_no_locks_freed((void *)va->va_start,
2924                                     (va->va_end - va->va_start));
2925         free_unmap_vmap_area(va);
2926 }
2927 EXPORT_SYMBOL(vm_unmap_ram);
2928
2929 /**
2930  * vm_map_ram - map pages linearly into kernel virtual address (vmalloc space)
2931  * @pages: an array of pointers to the pages to be mapped
2932  * @count: number of pages
2933  * @node: prefer to allocate data structures on this node
2934  *
2935  * If you use this function for less than VMAP_MAX_ALLOC pages, it could be
2936  * faster than vmap so it's good.  But if you mix long-life and short-life
2937  * objects with vm_map_ram(), it could consume lots of address space through
2938  * fragmentation (especially on a 32bit machine).  You could see failures in
2939  * the end.  Please use this function for short-lived objects.
2940  *
2941  * Returns: a pointer to the address that has been mapped, or %NULL on failure
2942  */
2943 void *vm_map_ram(struct page **pages, unsigned int count, int node)
2944 {
2945         unsigned long size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
2946         unsigned long addr;
2947         void *mem;
2948
2949         if (likely(count <= VMAP_MAX_ALLOC)) {
2950                 mem = vb_alloc(size, GFP_KERNEL);
2951                 if (IS_ERR(mem))
2952                         return NULL;
2953                 addr = (unsigned long)mem;
2954         } else {
2955                 struct vmap_area *va;
2956                 va = alloc_vmap_area(size, PAGE_SIZE,
2957                                 VMALLOC_START, VMALLOC_END,
2958                                 node, GFP_KERNEL, VMAP_RAM,
2959                                 NULL);
2960                 if (IS_ERR(va))
2961                         return NULL;
2962
2963                 addr = va->va_start;
2964                 mem = (void *)addr;
2965         }
2966
2967         if (vmap_pages_range(addr, addr + size, PAGE_KERNEL,
2968                                 pages, PAGE_SHIFT) < 0) {
2969                 vm_unmap_ram(mem, count);
2970                 return NULL;
2971         }
2972
2973         /*
2974          * Mark the pages as accessible, now that they are mapped.
2975          * With hardware tag-based KASAN, marking is skipped for
2976          * non-VM_ALLOC mappings, see __kasan_unpoison_vmalloc().
2977          */
2978         mem = kasan_unpoison_vmalloc(mem, size, KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL);
2979
2980         return mem;
2981 }
2982 EXPORT_SYMBOL(vm_map_ram);
2983
2984 static struct vm_struct *vmlist __initdata;
2985
2986 static inline unsigned int vm_area_page_order(struct vm_struct *vm)
2987 {
2988 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC
2989         return vm->page_order;
2990 #else
2991         return 0;
2992 #endif
2993 }
2994
2995 static inline void set_vm_area_page_order(struct vm_struct *vm, unsigned int order)
2996 {
2997 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC
2998         vm->page_order = order;
2999 #else
3000         BUG_ON(order != 0);
3001 #endif
3002 }
3003
3004 /**
3005  * vm_area_add_early - add vmap area early during boot
3006  * @vm: vm_struct to add
3007  *
3008  * This function is used to add fixed kernel vm area to vmlist before
3009  * vmalloc_init() is called.  @vm->addr, @vm->size, and @vm->flags
3010  * should contain proper values and the other fields should be zero.
3011  *
3012  * DO NOT USE THIS FUNCTION UNLESS YOU KNOW WHAT YOU'RE DOING.
3013  */
3014 void __init vm_area_add_early(struct vm_struct *vm)
3015 {
3016         struct vm_struct *tmp, **p;
3017
3018         BUG_ON(vmap_initialized);
3019         for (p = &vmlist; (tmp = *p) != NULL; p = &tmp->next) {
3020                 if (tmp->addr >= vm->addr) {
3021                         BUG_ON(tmp->addr < vm->addr + vm->size);
3022                         break;
3023                 } else
3024                         BUG_ON(tmp->addr + tmp->size > vm->addr);
3025         }
3026         vm->next = *p;
3027         *p = vm;
3028 }
3029
3030 /**
3031  * vm_area_register_early - register vmap area early during boot
3032  * @vm: vm_struct to register
3033  * @align: requested alignment
3034  *
3035  * This function is used to register kernel vm area before
3036  * vmalloc_init() is called.  @vm->size and @vm->flags should contain
3037  * proper values on entry and other fields should be zero.  On return,
3038  * vm->addr contains the allocated address.
3039  *
3040  * DO NOT USE THIS FUNCTION UNLESS YOU KNOW WHAT YOU'RE DOING.
3041  */
3042 void __init vm_area_register_early(struct vm_struct *vm, size_t align)
3043 {
3044         unsigned long addr = ALIGN(VMALLOC_START, align);
3045         struct vm_struct *cur, **p;
3046
3047         BUG_ON(vmap_initialized);
3048
3049         for (p = &vmlist; (cur = *p) != NULL; p = &cur->next) {
3050                 if ((unsigned long)cur->addr - addr >= vm->size)
3051                         break;
3052                 addr = ALIGN((unsigned long)cur->addr + cur->size, align);
3053         }
3054
3055         BUG_ON(addr > VMALLOC_END - vm->size);
3056         vm->addr = (void *)addr;
3057         vm->next = *p;
3058         *p = vm;
3059         kasan_populate_early_vm_area_shadow(vm->addr, vm->size);
3060 }
3061
3062 static void clear_vm_uninitialized_flag(struct vm_struct *vm)
3063 {
3064         /*
3065          * Before removing VM_UNINITIALIZED,
3066          * we should make sure that vm has proper values.
3067          * Pair with smp_rmb() in show_numa_info().
3068          */
3069         smp_wmb();
3070         vm->flags &= ~VM_UNINITIALIZED;
3071 }
3072
3073 static struct vm_struct *__get_vm_area_node(unsigned long size,
3074                 unsigned long align, unsigned long shift, unsigned long flags,
3075                 unsigned long start, unsigned long end, int node,
3076                 gfp_t gfp_mask, const void *caller)
3077 {
3078         struct vmap_area *va;
3079         struct vm_struct *area;
3080         unsigned long requested_size = size;
3081
3082         BUG_ON(in_interrupt());
3083         size = ALIGN(size, 1ul << shift);
3084         if (unlikely(!size))
3085                 return NULL;
3086
3087         if (flags & VM_IOREMAP)
3088                 align = 1ul << clamp_t(int, get_count_order_long(size),
3089                                        PAGE_SHIFT, IOREMAP_MAX_ORDER);
3090
3091         area = kzalloc_node(sizeof(*area), gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
3092         if (unlikely(!area))
3093                 return NULL;
3094
3095         if (!(flags & VM_NO_GUARD))
3096                 size += PAGE_SIZE;
3097
3098         area->flags = flags;
3099         area->caller = caller;
3100
3101         va = alloc_vmap_area(size, align, start, end, node, gfp_mask, 0, area);
3102         if (IS_ERR(va)) {
3103                 kfree(area);
3104                 return NULL;
3105         }
3106
3107         /*
3108          * Mark pages for non-VM_ALLOC mappings as accessible. Do it now as a
3109          * best-effort approach, as they can be mapped outside of vmalloc code.
3110          * For VM_ALLOC mappings, the pages are marked as accessible after
3111          * getting mapped in __vmalloc_node_range().
3112          * With hardware tag-based KASAN, marking is skipped for
3113          * non-VM_ALLOC mappings, see __kasan_unpoison_vmalloc().
3114          */
3115         if (!(flags & VM_ALLOC))
3116                 area->addr = kasan_unpoison_vmalloc(area->addr, requested_size,
3117                                                     KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL);
3118
3119         return area;
3120 }
3121
3122 struct vm_struct *__get_vm_area_caller(unsigned long size, unsigned long flags,
3123                                        unsigned long start, unsigned long end,
3124                                        const void *caller)
3125 {
3126         return __get_vm_area_node(size, 1, PAGE_SHIFT, flags, start, end,
3127                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL, caller);
3128 }
3129
3130 /**
3131  * get_vm_area - reserve a contiguous kernel virtual area
3132  * @size:        size of the area
3133  * @flags:       %VM_IOREMAP for I/O mappings or VM_ALLOC
3134  *
3135  * Search an area of @size in the kernel virtual mapping area,
3136  * and reserved it for out purposes.  Returns the area descriptor
3137  * on success or %NULL on failure.
3138  *
3139  * Return: the area descriptor on success or %NULL on failure.
3140  */
3141 struct vm_struct *get_vm_area(unsigned long size, unsigned long flags)
3142 {
3143         return __get_vm_area_node(size, 1, PAGE_SHIFT, flags,
3144                                   VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3145                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL,
3146                                   __builtin_return_address(0));
3147 }
3148
3149 struct vm_struct *get_vm_area_caller(unsigned long size, unsigned long flags,
3150                                 const void *caller)
3151 {
3152         return __get_vm_area_node(size, 1, PAGE_SHIFT, flags,
3153                                   VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3154                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL, caller);
3155 }
3156
3157 /**
3158  * find_vm_area - find a continuous kernel virtual area
3159  * @addr:         base address
3160  *
3161  * Search for the kernel VM area starting at @addr, and return it.
3162  * It is up to the caller to do all required locking to keep the returned
3163  * pointer valid.
3164  *
3165  * Return: the area descriptor on success or %NULL on failure.
3166  */
3167 struct vm_struct *find_vm_area(const void *addr)
3168 {
3169         struct vmap_area *va;
3170
3171         va = find_vmap_area((unsigned long)addr);
3172         if (!va)
3173                 return NULL;
3174
3175         return va->vm;
3176 }
3177
3178 /**
3179  * remove_vm_area - find and remove a continuous kernel virtual area
3180  * @addr:           base address
3181  *
3182  * Search for the kernel VM area starting at @addr, and remove it.
3183  * This function returns the found VM area, but using it is NOT safe
3184  * on SMP machines, except for its size or flags.
3185  *
3186  * Return: the area descriptor on success or %NULL on failure.
3187  */
3188 struct vm_struct *remove_vm_area(const void *addr)
3189 {
3190         struct vmap_area *va;
3191         struct vm_struct *vm;
3192
3193         might_sleep();
3194
3195         if (WARN(!PAGE_ALIGNED(addr), "Trying to vfree() bad address (%p)\n",
3196                         addr))
3197                 return NULL;
3198
3199         va = find_unlink_vmap_area((unsigned long)addr);
3200         if (!va || !va->vm)
3201                 return NULL;
3202         vm = va->vm;
3203
3204         debug_check_no_locks_freed(vm->addr, get_vm_area_size(vm));
3205         debug_check_no_obj_freed(vm->addr, get_vm_area_size(vm));
3206         kasan_free_module_shadow(vm);
3207         kasan_poison_vmalloc(vm->addr, get_vm_area_size(vm));
3208
3209         free_unmap_vmap_area(va);
3210         return vm;
3211 }
3212
3213 static inline void set_area_direct_map(const struct vm_struct *area,
3214                                        int (*set_direct_map)(struct page *page))
3215 {
3216         int i;
3217
3218         /* HUGE_VMALLOC passes small pages to set_direct_map */
3219         for (i = 0; i < area->nr_pages; i++)
3220                 if (page_address(area->pages[i]))
3221                         set_direct_map(area->pages[i]);
3222 }
3223
3224 /*
3225  * Flush the vm mapping and reset the direct map.
3226  */
3227 static void vm_reset_perms(struct vm_struct *area)
3228 {
3229         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
3230         unsigned int page_order = vm_area_page_order(area);
3231         int flush_dmap = 0;
3232         int i;
3233
3234         /*
3235          * Find the start and end range of the direct mappings to make sure that
3236          * the vm_unmap_aliases() flush includes the direct map.
3237          */
3238         for (i = 0; i < area->nr_pages; i += 1U << page_order) {
3239                 unsigned long addr = (unsigned long)page_address(area->pages[i]);
3240
3241                 if (addr) {
3242                         unsigned long page_size;
3243
3244                         page_size = PAGE_SIZE << page_order;
3245                         start = min(addr, start);
3246                         end = max(addr + page_size, end);
3247                         flush_dmap = 1;
3248                 }
3249         }
3250
3251         /*
3252          * Set direct map to something invalid so that it won't be cached if
3253          * there are any accesses after the TLB flush, then flush the TLB and
3254          * reset the direct map permissions to the default.
3255          */
3256         set_area_direct_map(area, set_direct_map_invalid_noflush);
3257         _vm_unmap_aliases(start, end, flush_dmap);
3258         set_area_direct_map(area, set_direct_map_default_noflush);
3259 }
3260
3261 static void delayed_vfree_work(struct work_struct *w)
3262 {
3263         struct vfree_deferred *p = container_of(w, struct vfree_deferred, wq);
3264         struct llist_node *t, *llnode;
3265
3266         llist_for_each_safe(llnode, t, llist_del_all(&p->list))
3267                 vfree(llnode);
3268 }
3269
3270 /**
3271  * vfree_atomic - release memory allocated by vmalloc()
3272  * @addr:         memory base address
3273  *
3274  * This one is just like vfree() but can be called in any atomic context
3275  * except NMIs.
3276  */
3277 void vfree_atomic(const void *addr)
3278 {
3279         struct vfree_deferred *p = raw_cpu_ptr(&vfree_deferred);
3280
3281         BUG_ON(in_nmi());
3282         kmemleak_free(addr);
3283
3284         /*
3285          * Use raw_cpu_ptr() because this can be called from preemptible
3286          * context. Preemption is absolutely fine here, because the llist_add()
3287          * implementation is lockless, so it works even if we are adding to
3288          * another cpu's list. schedule_work() should be fine with this too.
3289          */
3290         if (addr && llist_add((struct llist_node *)addr, &p->list))
3291                 schedule_work(&p->wq);
3292 }
3293
3294 /**
3295  * vfree - Release memory allocated by vmalloc()
3296  * @addr:  Memory base address
3297  *
3298  * Free the virtually continuous memory area starting at @addr, as obtained
3299  * from one of the vmalloc() family of APIs.  This will usually also free the
3300  * physical memory underlying the virtual allocation, but that memory is
3301  * reference counted, so it will not be freed until the last user goes away.
3302  *
3303  * If @addr is NULL, no operation is performed.
3304  *
3305  * Context:
3306  * May sleep if called *not* from interrupt context.
3307  * Must not be called in NMI context (strictly speaking, it could be
3308  * if we have CONFIG_ARCH_HAVE_NMI_SAFE_CMPXCHG, but making the calling
3309  * conventions for vfree() arch-dependent would be a really bad idea).
3310  */
3311 void vfree(const void *addr)
3312 {
3313         struct vm_struct *vm;
3314         int i;
3315
3316         if (unlikely(in_interrupt())) {
3317                 vfree_atomic(addr);
3318                 return;
3319         }
3320
3321         BUG_ON(in_nmi());
3322         kmemleak_free(addr);
3323         might_sleep();
3324
3325         if (!addr)
3326                 return;
3327
3328         vm = remove_vm_area(addr);
3329         if (unlikely(!vm)) {
3330                 WARN(1, KERN_ERR "Trying to vfree() nonexistent vm area (%p)\n",
3331                                 addr);
3332                 return;
3333         }
3334
3335         if (unlikely(vm->flags & VM_FLUSH_RESET_PERMS))
3336                 vm_reset_perms(vm);
3337         for (i = 0; i < vm->nr_pages; i++) {
3338                 struct page *page = vm->pages[i];
3339
3340                 BUG_ON(!page);
3341                 mod_memcg_page_state(page, MEMCG_VMALLOC, -1);
3342                 /*
3343                  * High-order allocs for huge vmallocs are split, so
3344                  * can be freed as an array of order-0 allocations
3345                  */
3346                 __free_page(page);
3347                 cond_resched();
3348         }
3349         atomic_long_sub(vm->nr_pages, &nr_vmalloc_pages);
3350         kvfree(vm->pages);
3351         kfree(vm);
3352 }
3353 EXPORT_SYMBOL(vfree);
3354
3355 /**
3356  * vunmap - release virtual mapping obtained by vmap()
3357  * @addr:   memory base address
3358  *
3359  * Free the virtually contiguous memory area starting at @addr,
3360  * which was created from the page array passed to vmap().
3361  *
3362  * Must not be called in interrupt context.
3363  */
3364 void vunmap(const void *addr)
3365 {
3366         struct vm_struct *vm;
3367
3368         BUG_ON(in_interrupt());
3369         might_sleep();
3370
3371         if (!addr)
3372                 return;
3373         vm = remove_vm_area(addr);
3374         if (unlikely(!vm)) {
3375                 WARN(1, KERN_ERR "Trying to vunmap() nonexistent vm area (%p)\n",
3376                                 addr);
3377                 return;
3378         }
3379         kfree(vm);
3380 }
3381 EXPORT_SYMBOL(vunmap);
3382
3383 /**
3384  * vmap - map an array of pages into virtually contiguous space
3385  * @pages: array of page pointers
3386  * @count: number of pages to map
3387  * @flags: vm_area->flags
3388  * @prot: page protection for the mapping
3389  *
3390  * Maps @count pages from @pages into contiguous kernel virtual space.
3391  * If @flags contains %VM_MAP_PUT_PAGES the ownership of the pages array itself
3392  * (which must be kmalloc or vmalloc memory) and one reference per pages in it
3393  * are transferred from the caller to vmap(), and will be freed / dropped when
3394  * vfree() is called on the return value.
3395  *
3396  * Return: the address of the area or %NULL on failure
3397  */
3398 void *vmap(struct page **pages, unsigned int count,
3399            unsigned long flags, pgprot_t prot)
3400 {
3401         struct vm_struct *area;
3402         unsigned long addr;
3403         unsigned long size;             /* In bytes */
3404
3405         might_sleep();
3406
3407         if (WARN_ON_ONCE(flags & VM_FLUSH_RESET_PERMS))
3408                 return NULL;
3409
3410         /*
3411          * Your top guard is someone else's bottom guard. Not having a top
3412          * guard compromises someone else's mappings too.
3413          */
3414         if (WARN_ON_ONCE(flags & VM_NO_GUARD))
3415                 flags &= ~VM_NO_GUARD;
3416
3417         if (count > totalram_pages())
3418                 return NULL;
3419
3420         size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
3421         area = get_vm_area_caller(size, flags, __builtin_return_address(0));
3422         if (!area)
3423                 return NULL;
3424
3425         addr = (unsigned long)area->addr;
3426         if (vmap_pages_range(addr, addr + size, pgprot_nx(prot),
3427                                 pages, PAGE_SHIFT) < 0) {
3428                 vunmap(area->addr);
3429                 return NULL;
3430         }
3431
3432         if (flags & VM_MAP_PUT_PAGES) {
3433                 area->pages = pages;
3434                 area->nr_pages = count;
3435         }
3436         return area->addr;
3437 }
3438 EXPORT_SYMBOL(vmap);
3439
3440 #ifdef CONFIG_VMAP_PFN
3441 struct vmap_pfn_data {
3442         unsigned long   *pfns;
3443         pgprot_t        prot;
3444         unsigned int    idx;
3445 };
3446
3447 static int vmap_pfn_apply(pte_t *pte, unsigned long addr, void *private)
3448 {
3449         struct vmap_pfn_data *data = private;
3450         unsigned long pfn = data->pfns[data->idx];
3451         pte_t ptent;
3452
3453         if (WARN_ON_ONCE(pfn_valid(pfn)))
3454                 return -EINVAL;
3455
3456         ptent = pte_mkspecial(pfn_pte(pfn, data->prot));
3457         set_pte_at(&init_mm, addr, pte, ptent);
3458
3459         data->idx++;
3460         return 0;
3461 }
3462
3463 /**
3464  * vmap_pfn - map an array of PFNs into virtually contiguous space
3465  * @pfns: array of PFNs
3466  * @count: number of pages to map
3467  * @prot: page protection for the mapping
3468  *
3469  * Maps @count PFNs from @pfns into contiguous kernel virtual space and returns
3470  * the start address of the mapping.
3471  */
3472 void *vmap_pfn(unsigned long *pfns, unsigned int count, pgprot_t prot)
3473 {
3474         struct vmap_pfn_data data = { .pfns = pfns, .prot = pgprot_nx(prot) };
3475         struct vm_struct *area;
3476
3477         area = get_vm_area_caller(count * PAGE_SIZE, VM_IOREMAP,
3478                         __builtin_return_address(0));
3479         if (!area)
3480                 return NULL;
3481         if (apply_to_page_range(&init_mm, (unsigned long)area->addr,
3482                         count * PAGE_SIZE, vmap_pfn_apply, &data)) {
3483                 free_vm_area(area);
3484                 return NULL;
3485         }
3486
3487         flush_cache_vmap((unsigned long)area->addr,
3488                          (unsigned long)area->addr + count * PAGE_SIZE);
3489
3490         return area->addr;
3491 }
3492 EXPORT_SYMBOL_GPL(vmap_pfn);
3493 #endif /* CONFIG_VMAP_PFN */
3494
3495 static inline unsigned int
3496 vm_area_alloc_pages(gfp_t gfp, int nid,
3497                 unsigned int order, unsigned int nr_pages, struct page **pages)
3498 {
3499         unsigned int nr_allocated = 0;
3500         gfp_t alloc_gfp = gfp;
3501         bool nofail = false;
3502         struct page *page;
3503         int i;
3504
3505         /*
3506          * For order-0 pages we make use of bulk allocator, if
3507          * the page array is partly or not at all populated due
3508          * to fails, fallback to a single page allocator that is
3509          * more permissive.
3510          */
3511         if (!order) {
3512                 /* bulk allocator doesn't support nofail req. officially */
3513                 gfp_t bulk_gfp = gfp & ~__GFP_NOFAIL;
3514
3515                 while (nr_allocated < nr_pages) {
3516                         unsigned int nr, nr_pages_request;
3517
3518                         /*
3519                          * A maximum allowed request is hard-coded and is 100
3520                          * pages per call. That is done in order to prevent a
3521                          * long preemption off scenario in the bulk-allocator
3522                          * so the range is [1:100].
3523                          */
3524                         nr_pages_request = min(100U, nr_pages - nr_allocated);
3525
3526                         /* memory allocation should consider mempolicy, we can't
3527                          * wrongly use nearest node when nid == NUMA_NO_NODE,
3528                          * otherwise memory may be allocated in only one node,
3529                          * but mempolicy wants to alloc memory by interleaving.
3530                          */
3531                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && nid == NUMA_NO_NODE)
3532                                 nr = alloc_pages_bulk_array_mempolicy_noprof(bulk_gfp,
3533                                                         nr_pages_request,
3534                                                         pages + nr_allocated);
3535
3536                         else
3537                                 nr = alloc_pages_bulk_array_node_noprof(bulk_gfp, nid,
3538                                                         nr_pages_request,
3539                                                         pages + nr_allocated);
3540
3541                         nr_allocated += nr;
3542                         cond_resched();
3543
3544                         /*
3545                          * If zero or pages were obtained partly,
3546                          * fallback to a single page allocator.
3547                          */
3548                         if (nr != nr_pages_request)
3549                                 break;
3550                 }
3551         } else if (gfp & __GFP_NOFAIL) {
3552                 /*
3553                  * Higher order nofail allocations are really expensive and
3554                  * potentially dangerous (pre-mature OOM, disruptive reclaim
3555                  * and compaction etc.
3556                  */
3557                 alloc_gfp &= ~__GFP_NOFAIL;
3558                 nofail = true;
3559         }
3560
3561         /* High-order pages or fallback path if "bulk" fails. */
3562         while (nr_allocated < nr_pages) {
3563                 if (fatal_signal_pending(current))
3564                         break;
3565
3566                 if (nid == NUMA_NO_NODE)
3567                         page = alloc_pages_noprof(alloc_gfp, order);
3568                 else
3569                         page = alloc_pages_node_noprof(nid, alloc_gfp, order);
3570                 if (unlikely(!page)) {
3571                         if (!nofail)
3572                                 break;
3573
3574                         /* fall back to the zero order allocations */
3575                         alloc_gfp |= __GFP_NOFAIL;
3576                         order = 0;
3577                         continue;
3578                 }
3579
3580                 /*
3581                  * Higher order allocations must be able to be treated as
3582                  * indepdenent small pages by callers (as they can with
3583                  * small-page vmallocs). Some drivers do their own refcounting
3584                  * on vmalloc_to_page() pages, some use page->mapping,
3585                  * page->lru, etc.
3586                  */
3587                 if (order)
3588                         split_page(page, order);
3589
3590                 /*
3591                  * Careful, we allocate and map page-order pages, but
3592                  * tracking is done per PAGE_SIZE page so as to keep the
3593                  * vm_struct APIs independent of the physical/mapped size.
3594                  */
3595                 for (i = 0; i < (1U << order); i++)
3596                         pages[nr_allocated + i] = page + i;
3597
3598                 cond_resched();
3599                 nr_allocated += 1U << order;
3600         }
3601
3602         return nr_allocated;
3603 }
3604
3605 static void *__vmalloc_area_node(struct vm_struct *area, gfp_t gfp_mask,
3606                                  pgprot_t prot, unsigned int page_shift,
3607                                  int node)
3608 {
3609         const gfp_t nested_gfp = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) | __GFP_ZERO;
3610         bool nofail = gfp_mask & __GFP_NOFAIL;
3611         unsigned long addr = (unsigned long)area->addr;
3612         unsigned long size = get_vm_area_size(area);
3613         unsigned long array_size;
3614         unsigned int nr_small_pages = size >> PAGE_SHIFT;
3615         unsigned int page_order;
3616         unsigned int flags;
3617         int ret;
3618
3619         array_size = (unsigned long)nr_small_pages * sizeof(struct page *);
3620
3621         if (!(gfp_mask & (GFP_DMA | GFP_DMA32)))
3622                 gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
3623
3624         /* Please note that the recursion is strictly bounded. */
3625         if (array_size > PAGE_SIZE) {
3626                 area->pages = __vmalloc_node_noprof(array_size, 1, nested_gfp, node,
3627                                         area->caller);
3628         } else {
3629                 area->pages = kmalloc_node_noprof(array_size, nested_gfp, node);
3630         }
3631
3632         if (!area->pages) {
3633                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3634                         "vmalloc error: size %lu, failed to allocated page array size %lu",
3635                         nr_small_pages * PAGE_SIZE, array_size);
3636                 free_vm_area(area);
3637                 return NULL;
3638         }
3639
3640         set_vm_area_page_order(area, page_shift - PAGE_SHIFT);
3641         page_order = vm_area_page_order(area);
3642
3643         area->nr_pages = vm_area_alloc_pages(gfp_mask | __GFP_NOWARN,
3644                 node, page_order, nr_small_pages, area->pages);
3645
3646         atomic_long_add(area->nr_pages, &nr_vmalloc_pages);
3647         if (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) {
3648                 int i;
3649
3650                 for (i = 0; i < area->nr_pages; i++)
3651                         mod_memcg_page_state(area->pages[i], MEMCG_VMALLOC, 1);
3652         }
3653
3654         /*
3655          * If not enough pages were obtained to accomplish an
3656          * allocation request, free them via vfree() if any.
3657          */
3658         if (area->nr_pages != nr_small_pages) {
3659                 /*
3660                  * vm_area_alloc_pages() can fail due to insufficient memory but
3661                  * also:-
3662                  *
3663                  * - a pending fatal signal
3664                  * - insufficient huge page-order pages
3665                  *
3666                  * Since we always retry allocations at order-0 in the huge page
3667                  * case a warning for either is spurious.
3668                  */
3669                 if (!fatal_signal_pending(current) && page_order == 0)
3670                         warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3671                                 "vmalloc error: size %lu, failed to allocate pages",
3672                                 area->nr_pages * PAGE_SIZE);
3673                 goto fail;
3674         }
3675
3676         /*
3677          * page tables allocations ignore external gfp mask, enforce it
3678          * by the scope API
3679          */
3680         if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == __GFP_IO)
3681                 flags = memalloc_nofs_save();
3682         else if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == 0)
3683                 flags = memalloc_noio_save();
3684
3685         do {
3686                 ret = vmap_pages_range(addr, addr + size, prot, area->pages,
3687                         page_shift);
3688                 if (nofail && (ret < 0))
3689                         schedule_timeout_uninterruptible(1);
3690         } while (nofail && (ret < 0));
3691
3692         if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == __GFP_IO)
3693                 memalloc_nofs_restore(flags);
3694         else if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == 0)
3695                 memalloc_noio_restore(flags);
3696
3697         if (ret < 0) {
3698                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3699                         "vmalloc error: size %lu, failed to map pages",
3700                         area->nr_pages * PAGE_SIZE);
3701                 goto fail;
3702         }
3703
3704         return area->addr;
3705
3706 fail:
3707         vfree(area->addr);
3708         return NULL;
3709 }
3710
3711 /**
3712  * __vmalloc_node_range - allocate virtually contiguous memory
3713  * @size:                 allocation size
3714  * @align:                desired alignment
3715  * @start:                vm area range start
3716  * @end:                  vm area range end
3717  * @gfp_mask:             flags for the page level allocator
3718  * @prot:                 protection mask for the allocated pages
3719  * @vm_flags:             additional vm area flags (e.g. %VM_NO_GUARD)
3720  * @node:                 node to use for allocation or NUMA_NO_NODE
3721  * @caller:               caller's return address
3722  *
3723  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3724  * allocator with @gfp_mask flags. Please note that the full set of gfp
3725  * flags are not supported. GFP_KERNEL, GFP_NOFS and GFP_NOIO are all
3726  * supported.
3727  * Zone modifiers are not supported. From the reclaim modifiers
3728  * __GFP_DIRECT_RECLAIM is required (aka GFP_NOWAIT is not supported)
3729  * and only __GFP_NOFAIL is supported (i.e. __GFP_NORETRY and
3730  * __GFP_RETRY_MAYFAIL are not supported).
3731  *
3732  * __GFP_NOWARN can be used to suppress failures messages.
3733  *
3734  * Map them into contiguous kernel virtual space, using a pagetable
3735  * protection of @prot.
3736  *
3737  * Return: the address of the area or %NULL on failure
3738  */
3739 void *__vmalloc_node_range_noprof(unsigned long size, unsigned long align,
3740                         unsigned long start, unsigned long end, gfp_t gfp_mask,
3741                         pgprot_t prot, unsigned long vm_flags, int node,
3742                         const void *caller)
3743 {
3744         struct vm_struct *area;
3745         void *ret;
3746         kasan_vmalloc_flags_t kasan_flags = KASAN_VMALLOC_NONE;
3747         unsigned long real_size = size;
3748         unsigned long real_align = align;
3749         unsigned int shift = PAGE_SHIFT;
3750
3751         if (WARN_ON_ONCE(!size))
3752                 return NULL;
3753
3754         if ((size >> PAGE_SHIFT) > totalram_pages()) {
3755                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3756                         "vmalloc error: size %lu, exceeds total pages",
3757                         real_size);
3758                 return NULL;
3759         }
3760
3761         if (vmap_allow_huge && (vm_flags & VM_ALLOW_HUGE_VMAP)) {
3762                 unsigned long size_per_node;
3763
3764                 /*
3765                  * Try huge pages. Only try for PAGE_KERNEL allocations,
3766                  * others like modules don't yet expect huge pages in
3767                  * their allocations due to apply_to_page_range not
3768                  * supporting them.
3769                  */
3770
3771                 size_per_node = size;
3772                 if (node == NUMA_NO_NODE)
3773                         size_per_node /= num_online_nodes();
3774                 if (arch_vmap_pmd_supported(prot) && size_per_node >= PMD_SIZE)
3775                         shift = PMD_SHIFT;
3776                 else
3777                         shift = arch_vmap_pte_supported_shift(size_per_node);
3778
3779                 align = max(real_align, 1UL << shift);
3780                 size = ALIGN(real_size, 1UL << shift);
3781         }
3782
3783 again:
3784         area = __get_vm_area_node(real_size, align, shift, VM_ALLOC |
3785                                   VM_UNINITIALIZED | vm_flags, start, end, node,
3786                                   gfp_mask, caller);
3787         if (!area) {
3788                 bool nofail = gfp_mask & __GFP_NOFAIL;
3789                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3790                         "vmalloc error: size %lu, vm_struct allocation failed%s",
3791                         real_size, (nofail) ? ". Retrying." : "");
3792                 if (nofail) {
3793                         schedule_timeout_uninterruptible(1);
3794                         goto again;
3795                 }
3796                 goto fail;
3797         }
3798
3799         /*
3800          * Prepare arguments for __vmalloc_area_node() and
3801          * kasan_unpoison_vmalloc().
3802          */
3803         if (pgprot_val(prot) == pgprot_val(PAGE_KERNEL)) {
3804                 if (kasan_hw_tags_enabled()) {
3805                         /*
3806                          * Modify protection bits to allow tagging.
3807                          * This must be done before mapping.
3808                          */
3809                         prot = arch_vmap_pgprot_tagged(prot);
3810
3811                         /*
3812                          * Skip page_alloc poisoning and zeroing for physical
3813                          * pages backing VM_ALLOC mapping. Memory is instead
3814                          * poisoned and zeroed by kasan_unpoison_vmalloc().
3815                          */
3816                         gfp_mask |= __GFP_SKIP_KASAN | __GFP_SKIP_ZERO;
3817                 }
3818
3819                 /* Take note that the mapping is PAGE_KERNEL. */
3820                 kasan_flags |= KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL;
3821         }
3822
3823         /* Allocate physical pages and map them into vmalloc space. */
3824         ret = __vmalloc_area_node(area, gfp_mask, prot, shift, node);
3825         if (!ret)
3826                 goto fail;
3827
3828         /*
3829          * Mark the pages as accessible, now that they are mapped.
3830          * The condition for setting KASAN_VMALLOC_INIT should complement the
3831          * one in post_alloc_hook() with regards to the __GFP_SKIP_ZERO check
3832          * to make sure that memory is initialized under the same conditions.
3833          * Tag-based KASAN modes only assign tags to normal non-executable
3834          * allocations, see __kasan_unpoison_vmalloc().
3835          */
3836         kasan_flags |= KASAN_VMALLOC_VM_ALLOC;
3837         if (!want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_mask) &&
3838             (gfp_mask & __GFP_SKIP_ZERO))
3839                 kasan_flags |= KASAN_VMALLOC_INIT;
3840         /* KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL already set if required. */
3841         area->addr = kasan_unpoison_vmalloc(area->addr, real_size, kasan_flags);
3842
3843         /*
3844          * In this function, newly allocated vm_struct has VM_UNINITIALIZED
3845          * flag. It means that vm_struct is not fully initialized.
3846          * Now, it is fully initialized, so remove this flag here.
3847          */
3848         clear_vm_uninitialized_flag(area);
3849
3850         size = PAGE_ALIGN(size);
3851         if (!(vm_flags & VM_DEFER_KMEMLEAK))
3852                 kmemleak_vmalloc(area, size, gfp_mask);
3853
3854         return area->addr;
3855
3856 fail:
3857         if (shift > PAGE_SHIFT) {
3858                 shift = PAGE_SHIFT;
3859                 align = real_align;
3860                 size = real_size;
3861                 goto again;
3862         }
3863
3864         return NULL;
3865 }
3866
3867 /**
3868  * __vmalloc_node - allocate virtually contiguous memory
3869  * @size:           allocation size
3870  * @align:          desired alignment
3871  * @gfp_mask:       flags for the page level allocator
3872  * @node:           node to use for allocation or NUMA_NO_NODE
3873  * @caller:         caller's return address
3874  *
3875  * Allocate enough pages to cover @size from the page level allocator with
3876  * @gfp_mask flags.  Map them into contiguous kernel virtual space.
3877  *
3878  * Reclaim modifiers in @gfp_mask - __GFP_NORETRY, __GFP_RETRY_MAYFAIL
3879  * and __GFP_NOFAIL are not supported
3880  *
3881  * Any use of gfp flags outside of GFP_KERNEL should be consulted
3882  * with mm people.
3883  *
3884  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3885  */
3886 void *__vmalloc_node_noprof(unsigned long size, unsigned long align,
3887                             gfp_t gfp_mask, int node, const void *caller)
3888 {
3889         return __vmalloc_node_range_noprof(size, align, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3890                                 gfp_mask, PAGE_KERNEL, 0, node, caller);
3891 }
3892 /*
3893  * This is only for performance analysis of vmalloc and stress purpose.
3894  * It is required by vmalloc test module, therefore do not use it other
3895  * than that.
3896  */
3897 #ifdef CONFIG_TEST_VMALLOC_MODULE
3898 EXPORT_SYMBOL_GPL(__vmalloc_node_noprof);
3899 #endif
3900
3901 void *__vmalloc_noprof(unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
3902 {
3903         return __vmalloc_node_noprof(size, 1, gfp_mask, NUMA_NO_NODE,
3904                                 __builtin_return_address(0));
3905 }
3906 EXPORT_SYMBOL(__vmalloc_noprof);
3907
3908 /**
3909  * vmalloc - allocate virtually contiguous memory
3910  * @size:    allocation size
3911  *
3912  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3913  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3914  *
3915  * For tight control over page level allocator and protection flags
3916  * use __vmalloc() instead.
3917  *
3918  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3919  */
3920 void *vmalloc_noprof(unsigned long size)
3921 {
3922         return __vmalloc_node_noprof(size, 1, GFP_KERNEL, NUMA_NO_NODE,
3923                                 __builtin_return_address(0));
3924 }
3925 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_noprof);
3926
3927 /**
3928  * vmalloc_huge - allocate virtually contiguous memory, allow huge pages
3929  * @size:      allocation size
3930  * @gfp_mask:  flags for the page level allocator
3931  *
3932  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3933  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3934  * If @size is greater than or equal to PMD_SIZE, allow using
3935  * huge pages for the memory
3936  *
3937  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3938  */
3939 void *vmalloc_huge_noprof(unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
3940 {
3941         return __vmalloc_node_range_noprof(size, 1, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3942                                     gfp_mask, PAGE_KERNEL, VM_ALLOW_HUGE_VMAP,
3943                                     NUMA_NO_NODE, __builtin_return_address(0));
3944 }
3945 EXPORT_SYMBOL_GPL(vmalloc_huge_noprof);
3946
3947 /**
3948  * vzalloc - allocate virtually contiguous memory with zero fill
3949  * @size:    allocation size
3950  *
3951  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3952  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3953  * The memory allocated is set to zero.
3954  *
3955  * For tight control over page level allocator and protection flags
3956  * use __vmalloc() instead.
3957  *
3958  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3959  */
3960 void *vzalloc_noprof(unsigned long size)
3961 {
3962         return __vmalloc_node_noprof(size, 1, GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, NUMA_NO_NODE,
3963                                 __builtin_return_address(0));
3964 }
3965 EXPORT_SYMBOL(vzalloc_noprof);
3966
3967 /**
3968  * vmalloc_user - allocate zeroed virtually contiguous memory for userspace
3969  * @size: allocation size
3970  *
3971  * The resulting memory area is zeroed so it can be mapped to userspace
3972  * without leaking data.
3973  *
3974  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3975  */
3976 void *vmalloc_user_noprof(unsigned long size)
3977 {
3978         return __vmalloc_node_range_noprof(size, SHMLBA,  VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3979                                     GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, PAGE_KERNEL,
3980                                     VM_USERMAP, NUMA_NO_NODE,
3981                                     __builtin_return_address(0));
3982 }
3983 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_user_noprof);
3984
3985 /**
3986  * vmalloc_node - allocate memory on a specific node
3987  * @size:         allocation size
3988  * @node:         numa node
3989  *
3990  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3991  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3992  *
3993  * For tight control over page level allocator and protection flags
3994  * use __vmalloc() instead.
3995  *
3996  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3997  */
3998 void *vmalloc_node_noprof(unsigned long size, int node)
3999 {
4000         return __vmalloc_node_noprof(size, 1, GFP_KERNEL, node,
4001                         __builtin_return_address(0));
4002 }
4003 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_node_noprof);
4004
4005 /**
4006  * vzalloc_node - allocate memory on a specific node with zero fill
4007  * @size:       allocation size
4008  * @node:       numa node
4009  *
4010  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
4011  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
4012  * The memory allocated is set to zero.
4013  *
4014  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
4015  */
4016 void *vzalloc_node_noprof(unsigned long size, int node)
4017 {
4018         return __vmalloc_node_noprof(size, 1, GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, node,
4019                                 __builtin_return_address(0));
4020 }
4021 EXPORT_SYMBOL(vzalloc_node_noprof);
4022
4023 #if defined(CONFIG_64BIT) && defined(CONFIG_ZONE_DMA32)
4024 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA32 | GFP_KERNEL)
4025 #elif defined(CONFIG_64BIT) && defined(CONFIG_ZONE_DMA)
4026 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA | GFP_KERNEL)
4027 #else
4028 /*
4029  * 64b systems should always have either DMA or DMA32 zones. For others
4030  * GFP_DMA32 should do the right thing and use the normal zone.
4031  */
4032 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA32 | GFP_KERNEL)
4033 #endif
4034
4035 /**
4036  * vmalloc_32 - allocate virtually contiguous memory (32bit addressable)
4037  * @size:       allocation size
4038  *
4039  * Allocate enough 32bit PA addressable pages to cover @size from the
4040  * page level allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
4041  *
4042  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
4043  */
4044 void *vmalloc_32_noprof(unsigned long size)
4045 {
4046         return __vmalloc_node_noprof(size, 1, GFP_VMALLOC32, NUMA_NO_NODE,
4047                         __builtin_return_address(0));
4048 }
4049 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_32_noprof);
4050
4051 /**
4052  * vmalloc_32_user - allocate zeroed virtually contiguous 32bit memory
4053  * @size:            allocation size
4054  *
4055  * The resulting memory area is 32bit addressable and zeroed so it can be
4056  * mapped to userspace without leaking data.
4057  *
4058  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
4059  */
4060 void *vmalloc_32_user_noprof(unsigned long size)
4061 {
4062         return __vmalloc_node_range_noprof(size, SHMLBA,  VMALLOC_START, VMALLOC_END,
4063                                     GFP_VMALLOC32 | __GFP_ZERO, PAGE_KERNEL,
4064                                     VM_USERMAP, NUMA_NO_NODE,
4065                                     __builtin_return_address(0));
4066 }
4067 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_32_user_noprof);
4068
4069 /*
4070  * Atomically zero bytes in the iterator.
4071  *
4072  * Returns the number of zeroed bytes.
4073  */
4074 static size_t zero_iter(struct iov_iter *iter, size_t count)
4075 {
4076         size_t remains = count;
4077
4078         while (remains > 0) {
4079                 size_t num, copied;
4080
4081                 num = min_t(size_t, remains, PAGE_SIZE);
4082                 copied = copy_page_to_iter_nofault(ZERO_PAGE(0), 0, num, iter);
4083                 remains -= copied;
4084
4085                 if (copied < num)
4086                         break;
4087         }
4088
4089         return count - remains;
4090 }
4091
4092 /*
4093  * small helper routine, copy contents to iter from addr.
4094  * If the page is not present, fill zero.
4095  *
4096  * Returns the number of copied bytes.
4097  */
4098 static size_t aligned_vread_iter(struct iov_iter *iter,
4099                                  const char *addr, size_t count)
4100 {
4101         size_t remains = count;
4102         struct page *page;
4103
4104         while (remains > 0) {
4105                 unsigned long offset, length;
4106                 size_t copied = 0;
4107
4108                 offset = offset_in_page(addr);
4109                 length = PAGE_SIZE - offset;
4110                 if (length > remains)
4111                         length = remains;
4112                 page = vmalloc_to_page(addr);
4113                 /*
4114                  * To do safe access to this _mapped_ area, we need lock. But
4115                  * adding lock here means that we need to add overhead of
4116                  * vmalloc()/vfree() calls for this _debug_ interface, rarely
4117                  * used. Instead of that, we'll use an local mapping via
4118                  * copy_page_to_iter_nofault() and accept a small overhead in
4119                  * this access function.
4120                  */
4121                 if (page)
4122                         copied = copy_page_to_iter_nofault(page, offset,
4123                                                            length, iter);
4124                 else
4125                         copied = zero_iter(iter, length);
4126
4127                 addr += copied;
4128                 remains -= copied;
4129
4130                 if (copied != length)
4131                         break;
4132         }
4133
4134         return count - remains;
4135 }
4136
4137 /*
4138  * Read from a vm_map_ram region of memory.
4139  *
4140  * Returns the number of copied bytes.
4141  */
4142 static size_t vmap_ram_vread_iter(struct iov_iter *iter, const char *addr,
4143                                   size_t count, unsigned long flags)
4144 {
4145         char *start;
4146         struct vmap_block *vb;
4147         struct xarray *xa;
4148         unsigned long offset;
4149         unsigned int rs, re;
4150         size_t remains, n;
4151
4152         /*
4153          * If it's area created by vm_map_ram() interface directly, but
4154          * not further subdividing and delegating management to vmap_block,
4155          * handle it here.
4156          */
4157         if (!(flags & VMAP_BLOCK))
4158                 return aligned_vread_iter(iter, addr, count);
4159
4160         remains = count;
4161
4162         /*
4163          * Area is split into regions and tracked with vmap_block, read out
4164          * each region and zero fill the hole between regions.
4165          */
4166         xa = addr_to_vb_xa((unsigned long) addr);
4167         vb = xa_load(xa, addr_to_vb_idx((unsigned long)addr));
4168         if (!vb)
4169                 goto finished_zero;
4170
4171         spin_lock(&vb->lock);
4172         if (bitmap_empty(vb->used_map, VMAP_BBMAP_BITS)) {
4173                 spin_unlock(&vb->lock);
4174                 goto finished_zero;
4175         }
4176
4177         for_each_set_bitrange(rs, re, vb->used_map, VMAP_BBMAP_BITS) {
4178                 size_t copied;
4179
4180                 if (remains == 0)
4181                         goto finished;
4182
4183                 start = vmap_block_vaddr(vb->va->va_start, rs);
4184
4185                 if (addr < start) {
4186                         size_t to_zero = min_t(size_t, start - addr, remains);
4187                         size_t zeroed = zero_iter(iter, to_zero);
4188
4189                         addr += zeroed;
4190                         remains -= zeroed;
4191
4192                         if (remains == 0 || zeroed != to_zero)
4193                                 goto finished;
4194                 }
4195
4196                 /*it could start reading from the middle of used region*/
4197                 offset = offset_in_page(addr);
4198                 n = ((re - rs + 1) << PAGE_SHIFT) - offset;
4199                 if (n > remains)
4200                         n = remains;
4201
4202                 copied = aligned_vread_iter(iter, start + offset, n);
4203
4204                 addr += copied;
4205                 remains -= copied;
4206
4207                 if (copied != n)
4208                         goto finished;
4209         }
4210
4211         spin_unlock(&vb->lock);
4212
4213 finished_zero:
4214         /* zero-fill the left dirty or free regions */
4215         return count - remains + zero_iter(iter, remains);
4216 finished:
4217         /* We couldn't copy/zero everything */
4218         spin_unlock(&vb->lock);
4219         return count - remains;
4220 }
4221
4222 /**
4223  * vread_iter() - read vmalloc area in a safe way to an iterator.
4224  * @iter:         the iterator to which data should be written.
4225  * @addr:         vm address.
4226  * @count:        number of bytes to be read.
4227  *
4228  * This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
4229  * copy data from that area to a given buffer. If the given memory range
4230  * of [addr...addr+count) includes some valid address, data is copied to
4231  * proper area of @buf. If there are memory holes, they'll be zero-filled.
4232  * IOREMAP area is treated as memory hole and no copy is done.
4233  *
4234  * If [addr...addr+count) doesn't includes any intersects with alive
4235  * vm_struct area, returns 0. @buf should be kernel's buffer.
4236  *
4237  * Note: In usual ops, vread() is never necessary because the caller
4238  * should know vmalloc() area is valid and can use memcpy().
4239  * This is for routines which have to access vmalloc area without
4240  * any information, as /proc/kcore.
4241  *
4242  * Return: number of bytes for which addr and buf should be increased
4243  * (same number as @count) or %0 if [addr...addr+count) doesn't
4244  * include any intersection with valid vmalloc area
4245  */
4246 long vread_iter(struct iov_iter *iter, const char *addr, size_t count)
4247 {
4248         struct vmap_node *vn;
4249         struct vmap_area *va;
4250         struct vm_struct *vm;
4251         char *vaddr;
4252         size_t n, size, flags, remains;
4253         unsigned long next;
4254
4255         addr = kasan_reset_tag(addr);
4256
4257         /* Don't allow overflow */
4258         if ((unsigned long) addr + count < count)
4259                 count = -(unsigned long) addr;
4260
4261         remains = count;
4262
4263         vn = find_vmap_area_exceed_addr_lock((unsigned long) addr, &va);
4264         if (!vn)
4265                 goto finished_zero;
4266
4267         /* no intersects with alive vmap_area */
4268         if ((unsigned long)addr + remains <= va->va_start)
4269                 goto finished_zero;
4270
4271         do {
4272                 size_t copied;
4273
4274                 if (remains == 0)
4275                         goto finished;
4276
4277                 vm = va->vm;
4278                 flags = va->flags & VMAP_FLAGS_MASK;
4279                 /*
4280                  * VMAP_BLOCK indicates a sub-type of vm_map_ram area, need
4281                  * be set together with VMAP_RAM.
4282                  */
4283                 WARN_ON(flags == VMAP_BLOCK);
4284
4285                 if (!vm && !flags)
4286                         goto next_va;
4287
4288                 if (vm && (vm->flags & VM_UNINITIALIZED))
4289                         goto next_va;
4290
4291                 /* Pair with smp_wmb() in clear_vm_uninitialized_flag() */
4292                 smp_rmb();
4293
4294                 vaddr = (char *) va->va_start;
4295                 size = vm ? get_vm_area_size(vm) : va_size(va);
4296
4297                 if (addr >= vaddr + size)
4298                         goto next_va;
4299
4300                 if (addr < vaddr) {
4301                         size_t to_zero = min_t(size_t, vaddr - addr, remains);
4302                         size_t zeroed = zero_iter(iter, to_zero);
4303
4304                         addr += zeroed;
4305                         remains -= zeroed;
4306
4307                         if (remains == 0 || zeroed != to_zero)
4308                                 goto finished;
4309                 }
4310
4311                 n = vaddr + size - addr;
4312                 if (n > remains)
4313                         n = remains;
4314
4315                 if (flags & VMAP_RAM)
4316                         copied = vmap_ram_vread_iter(iter, addr, n, flags);
4317                 else if (!(vm && (vm->flags & (VM_IOREMAP | VM_SPARSE))))
4318                         copied = aligned_vread_iter(iter, addr, n);
4319                 else /* IOREMAP | SPARSE area is treated as memory hole */
4320                         copied = zero_iter(iter, n);
4321
4322                 addr += copied;
4323                 remains -= copied;
4324
4325                 if (copied != n)
4326                         goto finished;
4327
4328         next_va:
4329                 next = va->va_end;
4330                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
4331         } while ((vn = find_vmap_area_exceed_addr_lock(next, &va)));
4332
4333 finished_zero:
4334         if (vn)
4335                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
4336
4337         /* zero-fill memory holes */
4338         return count - remains + zero_iter(iter, remains);
4339 finished:
4340         /* Nothing remains, or We couldn't copy/zero everything. */
4341         if (vn)
4342                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
4343
4344         return count - remains;
4345 }
4346
4347 /**
4348  * remap_vmalloc_range_partial - map vmalloc pages to userspace
4349  * @vma:                vma to cover
4350  * @uaddr:              target user address to start at
4351  * @kaddr:              virtual address of vmalloc kernel memory
4352  * @pgoff:              offset from @kaddr to start at
4353  * @size:               size of map area
4354  *
4355  * Returns:     0 for success, -Exxx on failure
4356  *
4357  * This function checks that @kaddr is a valid vmalloc'ed area,
4358  * and that it is big enough to cover the range starting at
4359  * @uaddr in @vma. Will return failure if that criteria isn't
4360  * met.
4361  *
4362  * Similar to remap_pfn_range() (see mm/memory.c)
4363  */
4364 int remap_vmalloc_range_partial(struct vm_area_struct *vma, unsigned long uaddr,
4365                                 void *kaddr, unsigned long pgoff,
4366                                 unsigned long size)
4367 {
4368         struct vm_struct *area;
4369         unsigned long off;
4370         unsigned long end_index;
4371
4372         if (check_shl_overflow(pgoff, PAGE_SHIFT, &off))
4373                 return -EINVAL;
4374
4375         size = PAGE_ALIGN(size);
4376
4377         if (!PAGE_ALIGNED(uaddr) || !PAGE_ALIGNED(kaddr))
4378                 return -EINVAL;
4379
4380         area = find_vm_area(kaddr);
4381         if (!area)
4382                 return -EINVAL;
4383
4384         if (!(area->flags & (VM_USERMAP | VM_DMA_COHERENT)))
4385                 return -EINVAL;
4386
4387         if (check_add_overflow(size, off, &end_index) ||
4388             end_index > get_vm_area_size(area))
4389                 return -EINVAL;
4390         kaddr += off;
4391
4392         do {
4393                 struct page *page = vmalloc_to_page(kaddr);
4394                 int ret;
4395
4396                 ret = vm_insert_page(vma, uaddr, page);
4397                 if (ret)
4398                         return ret;
4399
4400                 uaddr += PAGE_SIZE;
4401                 kaddr += PAGE_SIZE;
4402                 size -= PAGE_SIZE;
4403         } while (size > 0);
4404
4405         vm_flags_set(vma, VM_DONTEXPAND | VM_DONTDUMP);
4406
4407         return 0;
4408 }
4409
4410 /**
4411  * remap_vmalloc_range - map vmalloc pages to userspace
4412  * @vma:                vma to cover (map full range of vma)
4413  * @addr:               vmalloc memory
4414  * @pgoff:              number of pages into addr before first page to map
4415  *
4416  * Returns:     0 for success, -Exxx on failure
4417  *
4418  * This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
4419  * that it is big enough to cover the vma. Will return failure if
4420  * that criteria isn't met.
4421  *
4422  * Similar to remap_pfn_range() (see mm/memory.c)
4423  */
4424 int remap_vmalloc_range(struct vm_area_struct *vma, void *addr,
4425                                                 unsigned long pgoff)
4426 {
4427         return remap_vmalloc_range_partial(vma, vma->vm_start,
4428                                            addr, pgoff,
4429                                            vma->vm_end - vma->vm_start);
4430 }
4431 EXPORT_SYMBOL(remap_vmalloc_range);
4432
4433 void free_vm_area(struct vm_struct *area)
4434 {
4435         struct vm_struct *ret;
4436         ret = remove_vm_area(area->addr);
4437         BUG_ON(ret != area);
4438         kfree(area);
4439 }
4440 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_vm_area);
4441
4442 #ifdef CONFIG_SMP
4443 static struct vmap_area *node_to_va(struct rb_node *n)
4444 {
4445         return rb_entry_safe(n, struct vmap_area, rb_node);
4446 }
4447
4448 /**
4449  * pvm_find_va_enclose_addr - find the vmap_area @addr belongs to
4450  * @addr: target address
4451  *
4452  * Returns: vmap_area if it is found. If there is no such area
4453  *   the first highest(reverse order) vmap_area is returned
4454  *   i.e. va->va_start < addr && va->va_end < addr or NULL
4455  *   if there are no any areas before @addr.
4456  */
4457 static struct vmap_area *
4458 pvm_find_va_enclose_addr(unsigned long addr)
4459 {
4460         struct vmap_area *va, *tmp;
4461         struct rb_node *n;
4462
4463         n = free_vmap_area_root.rb_node;
4464         va = NULL;
4465
4466         while (n) {
4467                 tmp = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
4468                 if (tmp->va_start <= addr) {
4469                         va = tmp;
4470                         if (tmp->va_end >= addr)
4471                                 break;
4472
4473                         n = n->rb_right;
4474                 } else {
4475                         n = n->rb_left;
4476                 }
4477         }
4478
4479         return va;
4480 }
4481
4482 /**
4483  * pvm_determine_end_from_reverse - find the highest aligned address
4484  * of free block below VMALLOC_END
4485  * @va:
4486  *   in - the VA we start the search(reverse order);
4487  *   out - the VA with the highest aligned end address.
4488  * @align: alignment for required highest address
4489  *
4490  * Returns: determined end address within vmap_area
4491  */
4492 static unsigned long
4493 pvm_determine_end_from_reverse(struct vmap_area **va, unsigned long align)
4494 {
4495         unsigned long vmalloc_end = VMALLOC_END & ~(align - 1);
4496         unsigned long addr;
4497
4498         if (likely(*va)) {
4499                 list_for_each_entry_from_reverse((*va),
4500                                 &free_vmap_area_list, list) {
4501                         addr = min((*va)->va_end & ~(align - 1), vmalloc_end);
4502                         if ((*va)->va_start < addr)
4503                                 return addr;
4504                 }
4505         }
4506
4507         return 0;
4508 }
4509
4510 /**
4511  * pcpu_get_vm_areas - allocate vmalloc areas for percpu allocator
4512  * @offsets: array containing offset of each area
4513  * @sizes: array containing size of each area
4514  * @nr_vms: the number of areas to allocate
4515  * @align: alignment, all entries in @offsets and @sizes must be aligned to this
4516  *
4517  * Returns: kmalloc'd vm_struct pointer array pointing to allocated
4518  *          vm_structs on success, %NULL on failure
4519  *
4520  * Percpu allocator wants to use congruent vm areas so that it can
4521  * maintain the offsets among percpu areas.  This function allocates
4522  * congruent vmalloc areas for it with GFP_KERNEL.  These areas tend to
4523  * be scattered pretty far, distance between two areas easily going up
4524  * to gigabytes.  To avoid interacting with regular vmallocs, these
4525  * areas are allocated from top.
4526  *
4527  * Despite its complicated look, this allocator is rather simple. It
4528  * does everything top-down and scans free blocks from the end looking
4529  * for matching base. While scanning, if any of the areas do not fit the
4530  * base address is pulled down to fit the area. Scanning is repeated till
4531  * all the areas fit and then all necessary data structures are inserted
4532  * and the result is returned.
4533  */
4534 struct vm_struct **pcpu_get_vm_areas(const unsigned long *offsets,
4535                                      const size_t *sizes, int nr_vms,
4536                                      size_t align)
4537 {
4538         const unsigned long vmalloc_start = ALIGN(VMALLOC_START, align);
4539         const unsigned long vmalloc_end = VMALLOC_END & ~(align - 1);
4540         struct vmap_area **vas, *va;
4541         struct vm_struct **vms;
4542         int area, area2, last_area, term_area;
4543         unsigned long base, start, size, end, last_end, orig_start, orig_end;
4544         bool purged = false;
4545
4546         /* verify parameters and allocate data structures */
4547         BUG_ON(offset_in_page(align) || !is_power_of_2(align));
4548         for (last_area = 0, area = 0; area < nr_vms; area++) {
4549                 start = offsets[area];
4550                 end = start + sizes[area];
4551
4552                 /* is everything aligned properly? */
4553                 BUG_ON(!IS_ALIGNED(offsets[area], align));
4554                 BUG_ON(!IS_ALIGNED(sizes[area], align));
4555
4556                 /* detect the area with the highest address */
4557                 if (start > offsets[last_area])
4558                         last_area = area;
4559
4560                 for (area2 = area + 1; area2 < nr_vms; area2++) {
4561                         unsigned long start2 = offsets[area2];
4562                         unsigned long end2 = start2 + sizes[area2];
4563
4564                         BUG_ON(start2 < end && start < end2);
4565                 }
4566         }
4567         last_end = offsets[last_area] + sizes[last_area];
4568
4569         if (vmalloc_end - vmalloc_start < last_end) {
4570                 WARN_ON(true);
4571                 return NULL;
4572         }
4573
4574         vms = kcalloc(nr_vms, sizeof(vms[0]), GFP_KERNEL);
4575         vas = kcalloc(nr_vms, sizeof(vas[0]), GFP_KERNEL);
4576         if (!vas || !vms)
4577                 goto err_free2;
4578
4579         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4580                 vas[area] = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_KERNEL);
4581                 vms[area] = kzalloc(sizeof(struct vm_struct), GFP_KERNEL);
4582                 if (!vas[area] || !vms[area])
4583                         goto err_free;
4584         }
4585 retry:
4586         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
4587
4588         /* start scanning - we scan from the top, begin with the last area */
4589         area = term_area = last_area;
4590         start = offsets[area];
4591         end = start + sizes[area];
4592
4593         va = pvm_find_va_enclose_addr(vmalloc_end);
4594         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
4595
4596         while (true) {
4597                 /*
4598                  * base might have underflowed, add last_end before
4599                  * comparing.
4600                  */
4601                 if (base + last_end < vmalloc_start + last_end)
4602                         goto overflow;
4603
4604                 /*
4605                  * Fitting base has not been found.
4606                  */
4607                 if (va == NULL)
4608                         goto overflow;
4609
4610                 /*
4611                  * If required width exceeds current VA block, move
4612                  * base downwards and then recheck.
4613                  */
4614                 if (base + end > va->va_end) {
4615                         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
4616                         term_area = area;
4617                         continue;
4618                 }
4619
4620                 /*
4621                  * If this VA does not fit, move base downwards and recheck.
4622                  */
4623                 if (base + start < va->va_start) {
4624                         va = node_to_va(rb_prev(&va->rb_node));
4625                         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
4626                         term_area = area;
4627                         continue;
4628                 }
4629
4630                 /*
4631                  * This area fits, move on to the previous one.  If
4632                  * the previous one is the terminal one, we're done.
4633                  */
4634                 area = (area + nr_vms - 1) % nr_vms;
4635                 if (area == term_area)
4636                         break;
4637
4638                 start = offsets[area];
4639                 end = start + sizes[area];
4640                 va = pvm_find_va_enclose_addr(base + end);
4641         }
4642
4643         /* we've found a fitting base, insert all va's */
4644         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4645                 int ret;
4646
4647                 start = base + offsets[area];
4648                 size = sizes[area];
4649
4650                 va = pvm_find_va_enclose_addr(start);
4651                 if (WARN_ON_ONCE(va == NULL))
4652                         /* It is a BUG(), but trigger recovery instead. */
4653                         goto recovery;
4654
4655                 ret = va_clip(&free_vmap_area_root,
4656                         &free_vmap_area_list, va, start, size);
4657                 if (WARN_ON_ONCE(unlikely(ret)))
4658                         /* It is a BUG(), but trigger recovery instead. */
4659                         goto recovery;
4660
4661                 /* Allocated area. */
4662                 va = vas[area];
4663                 va->va_start = start;
4664                 va->va_end = start + size;
4665         }
4666
4667         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
4668
4669         /* populate the kasan shadow space */
4670         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4671                 if (kasan_populate_vmalloc(vas[area]->va_start, sizes[area]))
4672                         goto err_free_shadow;
4673         }
4674
4675         /* insert all vm's */
4676         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4677                 struct vmap_node *vn = addr_to_node(vas[area]->va_start);
4678
4679                 spin_lock(&vn->busy.lock);
4680                 insert_vmap_area(vas[area], &vn->busy.root, &vn->busy.head);
4681                 setup_vmalloc_vm(vms[area], vas[area], VM_ALLOC,
4682                                  pcpu_get_vm_areas);
4683                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
4684         }
4685
4686         /*
4687          * Mark allocated areas as accessible. Do it now as a best-effort
4688          * approach, as they can be mapped outside of vmalloc code.
4689          * With hardware tag-based KASAN, marking is skipped for
4690          * non-VM_ALLOC mappings, see __kasan_unpoison_vmalloc().
4691          */
4692         for (area = 0; area < nr_vms; area++)
4693                 vms[area]->addr = kasan_unpoison_vmalloc(vms[area]->addr,
4694                                 vms[area]->size, KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL);
4695
4696         kfree(vas);
4697         return vms;
4698
4699 recovery:
4700         /*
4701          * Remove previously allocated areas. There is no
4702          * need in removing these areas from the busy tree,
4703          * because they are inserted only on the final step
4704          * and when pcpu_get_vm_areas() is success.
4705          */
4706         while (area--) {
4707                 orig_start = vas[area]->va_start;
4708                 orig_end = vas[area]->va_end;
4709                 va = merge_or_add_vmap_area_augment(vas[area], &free_vmap_area_root,
4710                                 &free_vmap_area_list);
4711                 if (va)
4712                         kasan_release_vmalloc(orig_start, orig_end,
4713                                 va->va_start, va->va_end);
4714                 vas[area] = NULL;
4715         }
4716
4717 overflow:
4718         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
4719         if (!purged) {
4720                 reclaim_and_purge_vmap_areas();
4721                 purged = true;
4722
4723                 /* Before "retry", check if we recover. */
4724                 for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4725                         if (vas[area])
4726                                 continue;
4727
4728                         vas[area] = kmem_cache_zalloc(
4729                                 vmap_area_cachep, GFP_KERNEL);
4730                         if (!vas[area])
4731                                 goto err_free;
4732                 }
4733
4734                 goto retry;
4735         }
4736
4737 err_free:
4738         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4739                 if (vas[area])
4740                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, vas[area]);
4741
4742                 kfree(vms[area]);
4743         }
4744 err_free2:
4745         kfree(vas);
4746         kfree(vms);
4747         return NULL;
4748
4749 err_free_shadow:
4750         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
4751         /*
4752          * We release all the vmalloc shadows, even the ones for regions that
4753          * hadn't been successfully added. This relies on kasan_release_vmalloc
4754          * being able to tolerate this case.
4755          */
4756         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4757                 orig_start = vas[area]->va_start;
4758                 orig_end = vas[area]->va_end;
4759                 va = merge_or_add_vmap_area_augment(vas[area], &free_vmap_area_root,
4760                                 &free_vmap_area_list);
4761                 if (va)
4762                         kasan_release_vmalloc(orig_start, orig_end,
4763                                 va->va_start, va->va_end);
4764                 vas[area] = NULL;
4765                 kfree(vms[area]);
4766         }
4767         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
4768         kfree(vas);
4769         kfree(vms);
4770         return NULL;
4771 }
4772
4773 /**
4774  * pcpu_free_vm_areas - free vmalloc areas for percpu allocator
4775  * @vms: vm_struct pointer array returned by pcpu_get_vm_areas()
4776  * @nr_vms: the number of allocated areas
4777  *
4778  * Free vm_structs and the array allocated by pcpu_get_vm_areas().
4779  */
4780 void pcpu_free_vm_areas(struct vm_struct **vms, int nr_vms)
4781 {
4782         int i;
4783
4784         for (i = 0; i < nr_vms; i++)
4785                 free_vm_area(vms[i]);
4786         kfree(vms);
4787 }
4788 #endif  /* CONFIG_SMP */
4789
4790 #ifdef CONFIG_PRINTK
4791 bool vmalloc_dump_obj(void *object)
4792 {
4793         const void *caller;
4794         struct vm_struct *vm;
4795         struct vmap_area *va;
4796         struct vmap_node *vn;
4797         unsigned long addr;
4798         unsigned int nr_pages;
4799
4800         addr = PAGE_ALIGN((unsigned long) object);
4801         vn = addr_to_node(addr);
4802
4803         if (!spin_trylock(&vn->busy.lock))
4804                 return false;
4805
4806         va = __find_vmap_area(addr, &vn->busy.root);
4807         if (!va || !va->vm) {
4808                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
4809                 return false;
4810         }
4811
4812         vm = va->vm;
4813         addr = (unsigned long) vm->addr;
4814         caller = vm->caller;
4815         nr_pages = vm->nr_pages;
4816         spin_unlock(&vn->busy.lock);
4817
4818         pr_cont(" %u-page vmalloc region starting at %#lx allocated at %pS\n",
4819                 nr_pages, addr, caller);
4820
4821         return true;
4822 }
4823 #endif
4824
4825 #ifdef CONFIG_PROC_FS
4826 static void show_numa_info(struct seq_file *m, struct vm_struct *v)
4827 {
4828         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA)) {
4829                 unsigned int nr, *counters = m->private;
4830                 unsigned int step = 1U << vm_area_page_order(v);
4831
4832                 if (!counters)
4833                         return;
4834
4835                 if (v->flags & VM_UNINITIALIZED)
4836                         return;
4837                 /* Pair with smp_wmb() in clear_vm_uninitialized_flag() */
4838                 smp_rmb();
4839
4840                 memset(counters, 0, nr_node_ids * sizeof(unsigned int));
4841
4842                 for (nr = 0; nr < v->nr_pages; nr += step)
4843                         counters[page_to_nid(v->pages[nr])] += step;
4844                 for_each_node_state(nr, N_HIGH_MEMORY)
4845                         if (counters[nr])
4846                                 seq_printf(m, " N%u=%u", nr, counters[nr]);
4847         }
4848 }
4849
4850 static void show_purge_info(struct seq_file *m)
4851 {
4852         struct vmap_node *vn;
4853         struct vmap_area *va;
4854         int i;
4855
4856         for (i = 0; i < nr_vmap_nodes; i++) {
4857                 vn = &vmap_nodes[i];
4858
4859                 spin_lock(&vn->lazy.lock);
4860                 list_for_each_entry(va, &vn->lazy.head, list) {
4861                         seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld unpurged vm_area\n",
4862                                 (void *)va->va_start, (void *)va->va_end,
4863                                 va->va_end - va->va_start);
4864                 }
4865                 spin_unlock(&vn->lazy.lock);
4866         }
4867 }
4868
4869 static int vmalloc_info_show(struct seq_file *m, void *p)
4870 {
4871         struct vmap_node *vn;
4872         struct vmap_area *va;
4873         struct vm_struct *v;
4874         int i;
4875
4876         for (i = 0; i < nr_vmap_nodes; i++) {
4877                 vn = &vmap_nodes[i];
4878
4879                 spin_lock(&vn->busy.lock);
4880                 list_for_each_entry(va, &vn->busy.head, list) {
4881                         if (!va->vm) {
4882                                 if (va->flags & VMAP_RAM)
4883                                         seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld vm_map_ram\n",
4884                                                 (void *)va->va_start, (void *)va->va_end,
4885                                                 va->va_end - va->va_start);
4886
4887                                 continue;
4888                         }
4889
4890                         v = va->vm;
4891
4892                         seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld",
4893                                 v->addr, v->addr + v->size, v->size);
4894
4895                         if (v->caller)
4896                                 seq_printf(m, " %pS", v->caller);
4897
4898                         if (v->nr_pages)
4899                                 seq_printf(m, " pages=%d", v->nr_pages);
4900
4901                         if (v->phys_addr)
4902                                 seq_printf(m, " phys=%pa", &v->phys_addr);
4903
4904                         if (v->flags & VM_IOREMAP)
4905                                 seq_puts(m, " ioremap");
4906
4907                         if (v->flags & VM_SPARSE)
4908                                 seq_puts(m, " sparse");
4909
4910                         if (v->flags & VM_ALLOC)
4911                                 seq_puts(m, " vmalloc");
4912
4913                         if (v->flags & VM_MAP)
4914                                 seq_puts(m, " vmap");
4915
4916                         if (v->flags & VM_USERMAP)
4917                                 seq_puts(m, " user");
4918
4919                         if (v->flags & VM_DMA_COHERENT)
4920                                 seq_puts(m, " dma-coherent");
4921
4922                         if (is_vmalloc_addr(v->pages))
4923                                 seq_puts(m, " vpages");
4924
4925                         show_numa_info(m, v);
4926                         seq_putc(m, '\n');
4927                 }
4928                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
4929         }
4930
4931         /*
4932          * As a final step, dump "unpurged" areas.
4933          */
4934         show_purge_info(m);
4935         return 0;
4936 }
4937
4938 static int __init proc_vmalloc_init(void)
4939 {
4940         void *priv_data = NULL;
4941
4942         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4943                 priv_data = kmalloc(nr_node_ids * sizeof(unsigned int), GFP_KERNEL);
4944
4945         proc_create_single_data("vmallocinfo",
4946                 0400, NULL, vmalloc_info_show, priv_data);
4947
4948         return 0;
4949 }
4950 module_init(proc_vmalloc_init);
4951
4952 #endif
4953
4954 static void __init vmap_init_free_space(void)
4955 {
4956         unsigned long vmap_start = 1;
4957         const unsigned long vmap_end = ULONG_MAX;
4958         struct vmap_area *free;
4959         struct vm_struct *busy;
4960
4961         /*
4962          *     B     F     B     B     B     F
4963          * -|-----|.....|-----|-----|-----|.....|-
4964          *  |           The KVA space           |
4965          *  |<--------------------------------->|
4966          */
4967         for (busy = vmlist; busy; busy = busy->next) {
4968                 if ((unsigned long) busy->addr - vmap_start > 0) {
4969                         free = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
4970                         if (!WARN_ON_ONCE(!free)) {
4971                                 free->va_start = vmap_start;
4972                                 free->va_end = (unsigned long) busy->addr;
4973
4974                                 insert_vmap_area_augment(free, NULL,
4975                                         &free_vmap_area_root,
4976                                                 &free_vmap_area_list);
4977                         }
4978                 }
4979
4980                 vmap_start = (unsigned long) busy->addr + busy->size;
4981         }
4982
4983         if (vmap_end - vmap_start > 0) {
4984                 free = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
4985                 if (!WARN_ON_ONCE(!free)) {
4986                         free->va_start = vmap_start;
4987                         free->va_end = vmap_end;
4988
4989                         insert_vmap_area_augment(free, NULL,
4990                                 &free_vmap_area_root,
4991                                         &free_vmap_area_list);
4992                 }
4993         }
4994 }
4995
4996 static void vmap_init_nodes(void)
4997 {
4998         struct vmap_node *vn;
4999         int i, n;
5000
5001 #if BITS_PER_LONG == 64
5002         /*
5003          * A high threshold of max nodes is fixed and bound to 128,
5004          * thus a scale factor is 1 for systems where number of cores
5005          * are less or equal to specified threshold.
5006          *
5007          * As for NUMA-aware notes. For bigger systems, for example
5008          * NUMA with multi-sockets, where we can end-up with thousands
5009          * of cores in total, a "sub-numa-clustering" should be added.
5010          *
5011          * In this case a NUMA domain is considered as a single entity
5012          * with dedicated sub-nodes in it which describe one group or
5013          * set of cores. Therefore a per-domain purging is supposed to
5014          * be added as well as a per-domain balancing.
5015          */
5016         n = clamp_t(unsigned int, num_possible_cpus(), 1, 128);
5017
5018         if (n > 1) {
5019                 vn = kmalloc_array(n, sizeof(*vn), GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN);
5020                 if (vn) {
5021                         /* Node partition is 16 pages. */
5022                         vmap_zone_size = (1 << 4) * PAGE_SIZE;
5023                         nr_vmap_nodes = n;
5024                         vmap_nodes = vn;
5025                 } else {
5026                         pr_err("Failed to allocate an array. Disable a node layer\n");
5027                 }
5028         }
5029 #endif
5030
5031         for (n = 0; n < nr_vmap_nodes; n++) {
5032                 vn = &vmap_nodes[n];
5033                 vn->busy.root = RB_ROOT;
5034                 INIT_LIST_HEAD(&vn->busy.head);
5035                 spin_lock_init(&vn->busy.lock);
5036
5037                 vn->lazy.root = RB_ROOT;
5038                 INIT_LIST_HEAD(&vn->lazy.head);
5039                 spin_lock_init(&vn->lazy.lock);
5040
5041                 for (i = 0; i < MAX_VA_SIZE_PAGES; i++) {
5042                         INIT_LIST_HEAD(&vn->pool[i].head);
5043                         WRITE_ONCE(vn->pool[i].len, 0);
5044                 }
5045
5046                 spin_lock_init(&vn->pool_lock);
5047         }
5048 }
5049
5050 static unsigned long
5051 vmap_node_shrink_count(struct shrinker *shrink, struct shrink_control *sc)
5052 {
5053         unsigned long count;
5054         struct vmap_node *vn;
5055         int i, j;
5056
5057         for (count = 0, i = 0; i < nr_vmap_nodes; i++) {
5058                 vn = &vmap_nodes[i];
5059
5060                 for (j = 0; j < MAX_VA_SIZE_PAGES; j++)
5061                         count += READ_ONCE(vn->pool[j].len);
5062         }
5063
5064         return count ? count : SHRINK_EMPTY;
5065 }
5066
5067 static unsigned long
5068 vmap_node_shrink_scan(struct shrinker *shrink, struct shrink_control *sc)
5069 {
5070         int i;
5071
5072         for (i = 0; i < nr_vmap_nodes; i++)
5073                 decay_va_pool_node(&vmap_nodes[i], true);
5074
5075         return SHRINK_STOP;
5076 }
5077
5078 void __init vmalloc_init(void)
5079 {
5080         struct shrinker *vmap_node_shrinker;
5081         struct vmap_area *va;
5082         struct vmap_node *vn;
5083         struct vm_struct *tmp;
5084         int i;
5085
5086         /*
5087          * Create the cache for vmap_area objects.
5088          */
5089         vmap_area_cachep = KMEM_CACHE(vmap_area, SLAB_PANIC);
5090
5091         for_each_possible_cpu(i) {
5092                 struct vmap_block_queue *vbq;
5093                 struct vfree_deferred *p;
5094
5095                 vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, i);
5096                 spin_lock_init(&vbq->lock);
5097                 INIT_LIST_HEAD(&vbq->free);
5098                 p = &per_cpu(vfree_deferred, i);
5099                 init_llist_head(&p->list);
5100                 INIT_WORK(&p->wq, delayed_vfree_work);
5101                 xa_init(&vbq->vmap_blocks);
5102         }
5103
5104         /*
5105          * Setup nodes before importing vmlist.
5106          */
5107         vmap_init_nodes();
5108
5109         /* Import existing vmlist entries. */
5110         for (tmp = vmlist; tmp; tmp = tmp->next) {
5111                 va = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
5112                 if (WARN_ON_ONCE(!va))
5113                         continue;
5114
5115                 va->va_start = (unsigned long)tmp->addr;
5116                 va->va_end = va->va_start + tmp->size;
5117                 va->vm = tmp;
5118
5119                 vn = addr_to_node(va->va_start);
5120                 insert_vmap_area(va, &vn->busy.root, &vn->busy.head);
5121         }
5122
5123         /*
5124          * Now we can initialize a free vmap space.
5125          */
5126         vmap_init_free_space();
5127         vmap_initialized = true;
5128
5129         vmap_node_shrinker = shrinker_alloc(0, "vmap-node");
5130         if (!vmap_node_shrinker) {
5131                 pr_err("Failed to allocate vmap-node shrinker!\n");
5132                 return;
5133         }
5134
5135         vmap_node_shrinker->count_objects = vmap_node_shrink_count;
5136         vmap_node_shrinker->scan_objects = vmap_node_shrink_scan;
5137         shrinker_register(vmap_node_shrinker);
5138 }