TCP: Add comments to (near) all functions in tcp_output.c v3
[safe/jmp/linux-2.6] / mm / percpu.c
index ef8e169..b70f2ac 100644 (file)
@@ -23,7 +23,7 @@
  * Allocation is done in offset-size areas of single unit space.  Ie,
  * an area of 512 bytes at 6k in c1 occupies 512 bytes at 6k of c1:u0,
  * c1:u1, c1:u2 and c1:u3.  Percpu access can be done by configuring
- * percpu base registers UNIT_SIZE apart.
+ * percpu base registers pcpu_unit_size apart.
  *
  * There are usually many small percpu allocations many of them as
  * small as 4 bytes.  The allocator organizes chunks into lists
  * region and negative allocated.  Allocation inside a chunk is done
  * by scanning this map sequentially and serving the first matching
  * entry.  This is mostly copied from the percpu_modalloc() allocator.
- * Chunks are also linked into a rb tree to ease address to chunk
- * mapping during free.
+ * Chunks can be determined from the address using the index field
+ * in the page struct. The index field contains a pointer to the chunk.
  *
  * To use this allocator, arch code should do the followings.
  *
  * - define CONFIG_HAVE_DYNAMIC_PER_CPU_AREA
  *
  * - define __addr_to_pcpu_ptr() and __pcpu_ptr_to_addr() to translate
- *   regular address to percpu pointer and back
+ *   regular address to percpu pointer and back if they need to be
+ *   different from the default
  *
  * - use pcpu_setup_first_chunk() during percpu area initialization to
  *   setup the first chunk containing the kernel static percpu area
 #include <linux/mutex.h>
 #include <linux/percpu.h>
 #include <linux/pfn.h>
-#include <linux/rbtree.h>
 #include <linux/slab.h>
+#include <linux/spinlock.h>
 #include <linux/vmalloc.h>
+#include <linux/workqueue.h>
 
 #include <asm/cacheflush.h>
+#include <asm/sections.h>
 #include <asm/tlbflush.h>
 
 #define PCPU_SLOT_BASE_SHIFT           5       /* 1-31 shares the same slot */
 #define PCPU_DFL_MAP_ALLOC             16      /* start a map with 16 ents */
 
+/* default addr <-> pcpu_ptr mapping, override in asm/percpu.h if necessary */
+#ifndef __addr_to_pcpu_ptr
+#define __addr_to_pcpu_ptr(addr)                                       \
+       (void *)((unsigned long)(addr) - (unsigned long)pcpu_base_addr  \
+                + (unsigned long)__per_cpu_start)
+#endif
+#ifndef __pcpu_ptr_to_addr
+#define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)                                                \
+       (void *)((unsigned long)(ptr) + (unsigned long)pcpu_base_addr   \
+                - (unsigned long)__per_cpu_start)
+#endif
+
 struct pcpu_chunk {
        struct list_head        list;           /* linked to pcpu_slot lists */
-       struct rb_node          rb_node;        /* key is chunk->vm->addr */
        int                     free_size;      /* free bytes in the chunk */
        int                     contig_hint;    /* max contiguous size hint */
        struct vm_struct        *vm;            /* mapped vmalloc region */
@@ -94,29 +108,52 @@ static size_t pcpu_chunk_struct_size __read_mostly;
 void *pcpu_base_addr __read_mostly;
 EXPORT_SYMBOL_GPL(pcpu_base_addr);
 
-/* optional reserved chunk, only accessible for reserved allocations */
+/*
+ * The first chunk which always exists.  Note that unlike other
+ * chunks, this one can be allocated and mapped in several different
+ * ways and thus often doesn't live in the vmalloc area.
+ */
+static struct pcpu_chunk *pcpu_first_chunk;
+
+/*
+ * Optional reserved chunk.  This chunk reserves part of the first
+ * chunk and serves it for reserved allocations.  The amount of
+ * reserved offset is in pcpu_reserved_chunk_limit.  When reserved
+ * area doesn't exist, the following variables contain NULL and 0
+ * respectively.
+ */
 static struct pcpu_chunk *pcpu_reserved_chunk;
-/* offset limit of the reserved chunk */
 static int pcpu_reserved_chunk_limit;
 
 /*
- * One mutex to rule them all.
- *
- * The following mutex is grabbed in the outermost public alloc/free
- * interface functions and released only when the operation is
- * complete.  As such, every function in this file other than the
- * outermost functions are called under pcpu_mutex.
- *
- * It can easily be switched to use spinlock such that only the area
- * allocation and page population commit are protected with it doing
- * actual [de]allocation without holding any lock.  However, given
- * what this allocator does, I think it's better to let them run
- * sequentially.
+ * Synchronization rules.
+ *
+ * There are two locks - pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock.  The former
+ * protects allocation/reclaim paths, chunks and chunk->page arrays.
+ * The latter is a spinlock and protects the index data structures -
+ * chunk slots, chunks and area maps in chunks.
+ *
+ * During allocation, pcpu_alloc_mutex is kept locked all the time and
+ * pcpu_lock is grabbed and released as necessary.  All actual memory
+ * allocations are done using GFP_KERNEL with pcpu_lock released.
+ *
+ * Free path accesses and alters only the index data structures, so it
+ * can be safely called from atomic context.  When memory needs to be
+ * returned to the system, free path schedules reclaim_work which
+ * grabs both pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock, unlinks chunks to be
+ * reclaimed, release both locks and frees the chunks.  Note that it's
+ * necessary to grab both locks to remove a chunk from circulation as
+ * allocation path might be referencing the chunk with only
+ * pcpu_alloc_mutex locked.
  */
-static DEFINE_MUTEX(pcpu_mutex);
+static DEFINE_MUTEX(pcpu_alloc_mutex); /* protects whole alloc and reclaim */
+static DEFINE_SPINLOCK(pcpu_lock);     /* protects index data structures */
 
 static struct list_head *pcpu_slot __read_mostly; /* chunk list slots */
-static struct rb_root pcpu_addr_root = RB_ROOT;        /* chunks by address */
+
+/* reclaim work to release fully free chunks, scheduled from free path */
+static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work);
+static DECLARE_WORK(pcpu_reclaim_work, pcpu_reclaim);
 
 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
 {
@@ -163,40 +200,57 @@ static bool pcpu_chunk_page_occupied(struct pcpu_chunk *chunk,
        return *pcpu_chunk_pagep(chunk, 0, page_idx) != NULL;
 }
 
+/* set the pointer to a chunk in a page struct */
+static void pcpu_set_page_chunk(struct page *page, struct pcpu_chunk *pcpu)
+{
+       page->index = (unsigned long)pcpu;
+}
+
+/* obtain pointer to a chunk from a page struct */
+static struct pcpu_chunk *pcpu_get_page_chunk(struct page *page)
+{
+       return (struct pcpu_chunk *)page->index;
+}
+
 /**
- * pcpu_realloc - versatile realloc
- * @p: the current pointer (can be NULL for new allocations)
- * @size: the current size in bytes (can be 0 for new allocations)
- * @new_size: the wanted new size in bytes (can be 0 for free)
+ * pcpu_mem_alloc - allocate memory
+ * @size: bytes to allocate
+ *
+ * Allocate @size bytes.  If @size is smaller than PAGE_SIZE,
+ * kzalloc() is used; otherwise, vmalloc() is used.  The returned
+ * memory is always zeroed.
  *
- * More robust realloc which can be used to allocate, resize or free a
- * memory area of arbitrary size.  If the needed size goes over
- * PAGE_SIZE, kernel VM is used.
+ * CONTEXT:
+ * Does GFP_KERNEL allocation.
  *
  * RETURNS:
- * The new pointer on success, NULL on failure.
+ * Pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
  */
-static void *pcpu_realloc(void *p, size_t size, size_t new_size)
+static void *pcpu_mem_alloc(size_t size)
 {
-       void *new;
-
-       if (new_size <= PAGE_SIZE)
-               new = kmalloc(new_size, GFP_KERNEL);
-       else
-               new = vmalloc(new_size);
-       if (new_size && !new)
-               return NULL;
-
-       memcpy(new, p, min(size, new_size));
-       if (new_size > size)
-               memset(new + size, 0, new_size - size);
+       if (size <= PAGE_SIZE)
+               return kzalloc(size, GFP_KERNEL);
+       else {
+               void *ptr = vmalloc(size);
+               if (ptr)
+                       memset(ptr, 0, size);
+               return ptr;
+       }
+}
 
+/**
+ * pcpu_mem_free - free memory
+ * @ptr: memory to free
+ * @size: size of the area
+ *
+ * Free @ptr.  @ptr should have been allocated using pcpu_mem_alloc().
+ */
+static void pcpu_mem_free(void *ptr, size_t size)
+{
        if (size <= PAGE_SIZE)
-               kfree(p);
+               kfree(ptr);
        else
-               vfree(p);
-
-       return new;
+               vfree(ptr);
 }
 
 /**
@@ -208,6 +262,9 @@ static void *pcpu_realloc(void *p, size_t size, size_t new_size)
  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
  * moved to the slot.  Note that the reserved chunk is never put on
  * chunk slots.
+ *
+ * CONTEXT:
+ * pcpu_lock.
  */
 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
 {
@@ -221,87 +278,86 @@ static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
        }
 }
 
-static struct rb_node **pcpu_chunk_rb_search(void *addr,
-                                            struct rb_node **parentp)
+/**
+ * pcpu_chunk_addr_search - determine chunk containing specified address
+ * @addr: address for which the chunk needs to be determined.
+ *
+ * RETURNS:
+ * The address of the found chunk.
+ */
+static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
 {
-       struct rb_node **p = &pcpu_addr_root.rb_node;
-       struct rb_node *parent = NULL;
-       struct pcpu_chunk *chunk;
-
-       while (*p) {
-               parent = *p;
-               chunk = rb_entry(parent, struct pcpu_chunk, rb_node);
+       void *first_start = pcpu_first_chunk->vm->addr;
 
-               if (addr < chunk->vm->addr)
-                       p = &(*p)->rb_left;
-               else if (addr > chunk->vm->addr)
-                       p = &(*p)->rb_right;
-               else
-                       break;
+       /* is it in the first chunk? */
+       if (addr >= first_start && addr < first_start + pcpu_chunk_size) {
+               /* is it in the reserved area? */
+               if (addr < first_start + pcpu_reserved_chunk_limit)
+                       return pcpu_reserved_chunk;
+               return pcpu_first_chunk;
        }
 
-       if (parentp)
-               *parentp = parent;
-       return p;
+       return pcpu_get_page_chunk(vmalloc_to_page(addr));
 }
 
 /**
- * pcpu_chunk_addr_search - search for chunk containing specified address
- * @addr: address to search for
+ * pcpu_extend_area_map - extend area map for allocation
+ * @chunk: target chunk
  *
- * Look for chunk which might contain @addr.  More specifically, it
- * searchs for the chunk with the highest start address which isn't
- * beyond @addr.
+ * Extend area map of @chunk so that it can accomodate an allocation.
+ * A single allocation can split an area into three areas, so this
+ * function makes sure that @chunk->map has at least two extra slots.
+ *
+ * CONTEXT:
+ * pcpu_alloc_mutex, pcpu_lock.  pcpu_lock is released and reacquired
+ * if area map is extended.
  *
  * RETURNS:
- * The address of the found chunk.
+ * 0 if noop, 1 if successfully extended, -errno on failure.
  */
-static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
+static int pcpu_extend_area_map(struct pcpu_chunk *chunk)
 {
-       struct rb_node *n, *parent;
-       struct pcpu_chunk *chunk;
+       int new_alloc;
+       int *new;
+       size_t size;
 
-       /* is it in the reserved chunk? */
-       if (pcpu_reserved_chunk) {
-               void *start = pcpu_reserved_chunk->vm->addr;
+       /* has enough? */
+       if (chunk->map_alloc >= chunk->map_used + 2)
+               return 0;
 
-               if (addr >= start && addr < start + pcpu_reserved_chunk_limit)
-                       return pcpu_reserved_chunk;
-       }
+       spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
 
-       /* nah... search the regular ones */
-       n = *pcpu_chunk_rb_search(addr, &parent);
-       if (!n) {
-               /* no exactly matching chunk, the parent is the closest */
-               n = parent;
-               BUG_ON(!n);
-       }
-       chunk = rb_entry(n, struct pcpu_chunk, rb_node);
+       new_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
+       while (new_alloc < chunk->map_used + 2)
+               new_alloc *= 2;
 
-       if (addr < chunk->vm->addr) {
-               /* the parent was the next one, look for the previous one */
-               n = rb_prev(n);
-               BUG_ON(!n);
-               chunk = rb_entry(n, struct pcpu_chunk, rb_node);
+       new = pcpu_mem_alloc(new_alloc * sizeof(new[0]));
+       if (!new) {
+               spin_lock_irq(&pcpu_lock);
+               return -ENOMEM;
        }
 
-       return chunk;
-}
+       /*
+        * Acquire pcpu_lock and switch to new area map.  Only free
+        * could have happened inbetween, so map_used couldn't have
+        * grown.
+        */
+       spin_lock_irq(&pcpu_lock);
+       BUG_ON(new_alloc < chunk->map_used + 2);
 
-/**
- * pcpu_chunk_addr_insert - insert chunk into address rb tree
- * @new: chunk to insert
- *
- * Insert @new into address rb tree.
- */
-static void pcpu_chunk_addr_insert(struct pcpu_chunk *new)
-{
-       struct rb_node **p, *parent;
+       size = chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]);
+       memcpy(new, chunk->map, size);
 
-       p = pcpu_chunk_rb_search(new->vm->addr, &parent);
-       BUG_ON(*p);
-       rb_link_node(&new->rb_node, parent, p);
-       rb_insert_color(&new->rb_node, &pcpu_addr_root);
+       /*
+        * map_alloc < PCPU_DFL_MAP_ALLOC indicates that the chunk is
+        * one of the first chunks and still using static map.
+        */
+       if (chunk->map_alloc >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC)
+               pcpu_mem_free(chunk->map, size);
+
+       chunk->map_alloc = new_alloc;
+       chunk->map = new;
+       return 0;
 }
 
 /**
@@ -319,46 +375,19 @@ static void pcpu_chunk_addr_insert(struct pcpu_chunk *new)
  * depending on @head, is reduced by @tail bytes and @tail byte block
  * is inserted after the target block.
  *
- * RETURNS:
- * 0 on success, -errno on failure.
+ * @chunk->map must have enough free slots to accomodate the split.
+ *
+ * CONTEXT:
+ * pcpu_lock.
  */
-static int pcpu_split_block(struct pcpu_chunk *chunk, int i, int head, int tail)
+static void pcpu_split_block(struct pcpu_chunk *chunk, int i,
+                            int head, int tail)
 {
        int nr_extra = !!head + !!tail;
-       int target = chunk->map_used + nr_extra;
-
-       /* reallocation required? */
-       if (chunk->map_alloc < target) {
-               int new_alloc;
-               int *new;
 
-               new_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
-               while (new_alloc < target)
-                       new_alloc *= 2;
+       BUG_ON(chunk->map_alloc < chunk->map_used + nr_extra);
 
-               if (chunk->map_alloc < PCPU_DFL_MAP_ALLOC) {
-                       /*
-                        * map_alloc smaller than the default size
-                        * indicates that the chunk is one of the
-                        * first chunks and still using static map.
-                        * Allocate a dynamic one and copy.
-                        */
-                       new = pcpu_realloc(NULL, 0, new_alloc * sizeof(new[0]));
-                       if (new)
-                               memcpy(new, chunk->map,
-                                      chunk->map_alloc * sizeof(new[0]));
-               } else
-                       new = pcpu_realloc(chunk->map,
-                                          chunk->map_alloc * sizeof(new[0]),
-                                          new_alloc * sizeof(new[0]));
-               if (!new)
-                       return -ENOMEM;
-
-               chunk->map_alloc = new_alloc;
-               chunk->map = new;
-       }
-
-       /* insert a new subblock */
+       /* insert new subblocks */
        memmove(&chunk->map[i + nr_extra], &chunk->map[i],
                sizeof(chunk->map[0]) * (chunk->map_used - i));
        chunk->map_used += nr_extra;
@@ -371,7 +400,6 @@ static int pcpu_split_block(struct pcpu_chunk *chunk, int i, int head, int tail)
                chunk->map[i++] -= tail;
                chunk->map[i] = tail;
        }
-       return 0;
 }
 
 /**
@@ -384,8 +412,14 @@ static int pcpu_split_block(struct pcpu_chunk *chunk, int i, int head, int tail)
  * Note that this function only allocates the offset.  It doesn't
  * populate or map the area.
  *
+ * @chunk->map must have at least two free slots.
+ *
+ * CONTEXT:
+ * pcpu_lock.
+ *
  * RETURNS:
- * Allocated offset in @chunk on success, -errno on failure.
+ * Allocated offset in @chunk on success, -1 if no matching area is
+ * found.
  */
 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align)
 {
@@ -433,8 +467,7 @@ static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align)
 
                /* split if warranted */
                if (head || tail) {
-                       if (pcpu_split_block(chunk, i, head, tail))
-                               return -ENOMEM;
+                       pcpu_split_block(chunk, i, head, tail);
                        if (head) {
                                i++;
                                off += head;
@@ -461,14 +494,8 @@ static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align)
        chunk->contig_hint = max_contig;        /* fully scanned */
        pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
 
-       /*
-        * Tell the upper layer that this chunk has no area left.
-        * Note that this is not an error condition but a notification
-        * to upper layer that it needs to look at other chunks.
-        * -ENOSPC is chosen as it isn't used in memory subsystem and
-        * matches the meaning in a way.
-        */
-       return -ENOSPC;
+       /* tell the upper layer that this chunk has no matching area */
+       return -1;
 }
 
 /**
@@ -479,6 +506,9 @@ static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align)
  * Free area starting from @freeme to @chunk.  Note that this function
  * only modifies the allocation map.  It doesn't depopulate or unmap
  * the area.
+ *
+ * CONTEXT:
+ * pcpu_lock.
  */
 static void pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int freeme)
 {
@@ -519,14 +549,14 @@ static void pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int freeme)
  * @chunk: chunk of interest
  * @page_start: page index of the first page to unmap
  * @page_end: page index of the last page to unmap + 1
- * @flush: whether to flush cache and tlb or not
+ * @flush_tlb: whether to flush tlb or not
  *
  * For each cpu, unmap pages [@page_start,@page_end) out of @chunk.
  * If @flush is true, vcache is flushed before unmapping and tlb
  * after.
  */
 static void pcpu_unmap(struct pcpu_chunk *chunk, int page_start, int page_end,
-                      bool flush)
+                      bool flush_tlb)
 {
        unsigned int last = num_possible_cpus() - 1;
        unsigned int cpu;
@@ -539,9 +569,8 @@ static void pcpu_unmap(struct pcpu_chunk *chunk, int page_start, int page_end,
         * the whole region at once rather than doing it for each cpu.
         * This could be an overkill but is more scalable.
         */
-       if (flush)
-               flush_cache_vunmap(pcpu_chunk_addr(chunk, 0, page_start),
-                                  pcpu_chunk_addr(chunk, last, page_end));
+       flush_cache_vunmap(pcpu_chunk_addr(chunk, 0, page_start),
+                          pcpu_chunk_addr(chunk, last, page_end));
 
        for_each_possible_cpu(cpu)
                unmap_kernel_range_noflush(
@@ -549,7 +578,7 @@ static void pcpu_unmap(struct pcpu_chunk *chunk, int page_start, int page_end,
                                (page_end - page_start) << PAGE_SHIFT);
 
        /* ditto as flush_cache_vunmap() */
-       if (flush)
+       if (flush_tlb)
                flush_tlb_kernel_range(pcpu_chunk_addr(chunk, 0, page_start),
                                       pcpu_chunk_addr(chunk, last, page_end));
 }
@@ -564,6 +593,9 @@ static void pcpu_unmap(struct pcpu_chunk *chunk, int page_start, int page_end,
  * For each cpu, depopulate and unmap pages [@page_start,@page_end)
  * from @chunk.  If @flush is true, vcache is flushed before unmapping
  * and tlb after.
+ *
+ * CONTEXT:
+ * pcpu_alloc_mutex.
  */
 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size,
                                  bool flush)
@@ -642,6 +674,9 @@ static int pcpu_map(struct pcpu_chunk *chunk, int page_start, int page_end)
  *
  * For each cpu, populate and map pages [@page_start,@page_end) into
  * @chunk.  The area is cleared on return.
+ *
+ * CONTEXT:
+ * pcpu_alloc_mutex, does GFP_KERNEL allocation.
  */
 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
 {
@@ -673,6 +708,7 @@ static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
                                                  alloc_mask, 0);
                        if (!*pagep)
                                goto err;
+                       pcpu_set_page_chunk(*pagep, chunk);
                }
        }
 
@@ -696,7 +732,7 @@ static void free_pcpu_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
                return;
        if (chunk->vm)
                free_vm_area(chunk->vm);
-       pcpu_realloc(chunk->map, chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]), 0);
+       pcpu_mem_free(chunk->map, chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]));
        kfree(chunk);
 }
 
@@ -708,8 +744,7 @@ static struct pcpu_chunk *alloc_pcpu_chunk(void)
        if (!chunk)
                return NULL;
 
-       chunk->map = pcpu_realloc(NULL, 0,
-                                 PCPU_DFL_MAP_ALLOC * sizeof(chunk->map[0]));
+       chunk->map = pcpu_mem_alloc(PCPU_DFL_MAP_ALLOC * sizeof(chunk->map[0]));
        chunk->map_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
        chunk->map[chunk->map_used++] = pcpu_unit_size;
        chunk->page = chunk->page_ar;
@@ -733,15 +768,16 @@ static struct pcpu_chunk *alloc_pcpu_chunk(void)
  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
  * @reserved: allocate from the reserved chunk if available
  *
- * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  Might
- * sleep.  Might trigger writeouts.
+ * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.
+ *
+ * CONTEXT:
+ * Does GFP_KERNEL allocation.
  *
  * RETURNS:
  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
  */
 static void *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved)
 {
-       void *ptr = NULL;
        struct pcpu_chunk *chunk;
        int slot, off;
 
@@ -751,54 +787,73 @@ static void *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved)
                return NULL;
        }
 
-       mutex_lock(&pcpu_mutex);
+       mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
+       spin_lock_irq(&pcpu_lock);
 
        /* serve reserved allocations from the reserved chunk if available */
        if (reserved && pcpu_reserved_chunk) {
                chunk = pcpu_reserved_chunk;
-               if (size > chunk->contig_hint)
-                       goto out_unlock;
+               if (size > chunk->contig_hint ||
+                   pcpu_extend_area_map(chunk) < 0)
+                       goto fail_unlock;
                off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
                if (off >= 0)
                        goto area_found;
-               goto out_unlock;
+               goto fail_unlock;
        }
 
+restart:
        /* search through normal chunks */
        for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
                list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
                        if (size > chunk->contig_hint)
                                continue;
+
+                       switch (pcpu_extend_area_map(chunk)) {
+                       case 0:
+                               break;
+                       case 1:
+                               goto restart;   /* pcpu_lock dropped, restart */
+                       default:
+                               goto fail_unlock;
+                       }
+
                        off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
                        if (off >= 0)
                                goto area_found;
-                       if (off != -ENOSPC)
-                               goto out_unlock;
                }
        }
 
        /* hmmm... no space left, create a new chunk */
+       spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
+
        chunk = alloc_pcpu_chunk();
        if (!chunk)
-               goto out_unlock;
-       pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
-       pcpu_chunk_addr_insert(chunk);
+               goto fail_unlock_mutex;
 
-       off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
-       if (off < 0)
-               goto out_unlock;
+       spin_lock_irq(&pcpu_lock);
+       pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
+       goto restart;
 
 area_found:
+       spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
+
        /* populate, map and clear the area */
        if (pcpu_populate_chunk(chunk, off, size)) {
+               spin_lock_irq(&pcpu_lock);
                pcpu_free_area(chunk, off);
-               goto out_unlock;
+               goto fail_unlock;
        }
 
-       ptr = __addr_to_pcpu_ptr(chunk->vm->addr + off);
-out_unlock:
-       mutex_unlock(&pcpu_mutex);
-       return ptr;
+       mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
+
+       return __addr_to_pcpu_ptr(chunk->vm->addr + off);
+
+fail_unlock:
+       spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
+fail_unlock_mutex:
+       mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
+       return NULL;
 }
 
 /**
@@ -809,6 +864,9 @@ out_unlock:
  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  Might
  * sleep.  Might trigger writeouts.
  *
+ * CONTEXT:
+ * Does GFP_KERNEL allocation.
+ *
  * RETURNS:
  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
  */
@@ -827,6 +885,9 @@ EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
  * percpu area if arch has set it up; otherwise, allocation is served
  * from the same dynamic area.  Might sleep.  Might trigger writeouts.
  *
+ * CONTEXT:
+ * Does GFP_KERNEL allocation.
+ *
  * RETURNS:
  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
  */
@@ -835,50 +896,81 @@ void *__alloc_reserved_percpu(size_t size, size_t align)
        return pcpu_alloc(size, align, true);
 }
 
-static void pcpu_kill_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
+/**
+ * pcpu_reclaim - reclaim fully free chunks, workqueue function
+ * @work: unused
+ *
+ * Reclaim all fully free chunks except for the first one.
+ *
+ * CONTEXT:
+ * workqueue context.
+ */
+static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work)
 {
-       WARN_ON(chunk->immutable);
-       pcpu_depopulate_chunk(chunk, 0, pcpu_unit_size, false);
-       list_del(&chunk->list);
-       rb_erase(&chunk->rb_node, &pcpu_addr_root);
-       free_pcpu_chunk(chunk);
+       LIST_HEAD(todo);
+       struct list_head *head = &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1];
+       struct pcpu_chunk *chunk, *next;
+
+       mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
+       spin_lock_irq(&pcpu_lock);
+
+       list_for_each_entry_safe(chunk, next, head, list) {
+               WARN_ON(chunk->immutable);
+
+               /* spare the first one */
+               if (chunk == list_first_entry(head, struct pcpu_chunk, list))
+                       continue;
+
+               list_move(&chunk->list, &todo);
+       }
+
+       spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
+       mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
+
+       list_for_each_entry_safe(chunk, next, &todo, list) {
+               pcpu_depopulate_chunk(chunk, 0, pcpu_unit_size, false);
+               free_pcpu_chunk(chunk);
+       }
 }
 
 /**
  * free_percpu - free percpu area
  * @ptr: pointer to area to free
  *
- * Free percpu area @ptr.  Might sleep.
+ * Free percpu area @ptr.
+ *
+ * CONTEXT:
+ * Can be called from atomic context.
  */
 void free_percpu(void *ptr)
 {
        void *addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
        struct pcpu_chunk *chunk;
+       unsigned long flags;
        int off;
 
        if (!ptr)
                return;
 
-       mutex_lock(&pcpu_mutex);
+       spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
 
        chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
        off = addr - chunk->vm->addr;
 
        pcpu_free_area(chunk, off);
 
-       /* the chunk became fully free, kill one if there are other free ones */
+       /* if there are more than one fully free chunks, wake up grim reaper */
        if (chunk->free_size == pcpu_unit_size) {
                struct pcpu_chunk *pos;
 
-               list_for_each_entry(pos,
-                                   &pcpu_slot[pcpu_chunk_slot(chunk)], list)
+               list_for_each_entry(pos, &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1], list)
                        if (pos != chunk) {
-                               pcpu_kill_chunk(pos);
+                               schedule_work(&pcpu_reclaim_work);
                                break;
                        }
        }
 
-       mutex_unlock(&pcpu_mutex);
+       spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
 }
 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
 
@@ -887,8 +979,8 @@ EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
  * @get_page_fn: callback to fetch page pointer
  * @static_size: the size of static percpu area in bytes
  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
- * @unit_size: unit size in bytes, must be multiple of PAGE_SIZE, -1 for auto
  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
+ * @unit_size: unit size in bytes, must be multiple of PAGE_SIZE, -1 for auto
  * @base_addr: mapped address, NULL for auto
  * @populate_pte_fn: callback to allocate pagetable, NULL if unnecessary
  *
@@ -913,14 +1005,14 @@ EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
  * limited offset range for symbol relocations to guarantee module
  * percpu symbols fall inside the relocatable range.
  *
+ * @dyn_size, if non-negative, determines the number of bytes
+ * available for dynamic allocation in the first chunk.  Specifying
+ * non-negative value makes percpu leave alone the area beyond
+ * @static_size + @reserved_size + @dyn_size.
+ *
  * @unit_size, if non-negative, specifies unit size and must be
  * aligned to PAGE_SIZE and equal to or larger than @static_size +
- * @reserved_size + @dyn_size.
- *
- * @dyn_size, if non-negative, limits the number of bytes available
- * for dynamic allocation in the first chunk.  Specifying non-negative
- * value make percpu leave alone the area beyond @static_size +
- * @reserved_size + @dyn_size.
+ * @reserved_size + if non-negative, @dyn_size.
  *
  * Non-null @base_addr means that the caller already allocated virtual
  * region for the first chunk and mapped it.  percpu must not mess
@@ -943,12 +1035,14 @@ EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
  */
 size_t __init pcpu_setup_first_chunk(pcpu_get_page_fn_t get_page_fn,
                                     size_t static_size, size_t reserved_size,
-                                    ssize_t unit_size, ssize_t dyn_size,
+                                    ssize_t dyn_size, ssize_t unit_size,
                                     void *base_addr,
                                     pcpu_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
 {
        static struct vm_struct first_vm;
        static int smap[2], dmap[2];
+       size_t size_sum = static_size + reserved_size +
+                         (dyn_size >= 0 ? dyn_size : 0);
        struct pcpu_chunk *schunk, *dchunk = NULL;
        unsigned int cpu;
        int nr_pages;
@@ -959,20 +1053,18 @@ size_t __init pcpu_setup_first_chunk(pcpu_get_page_fn_t get_page_fn,
                     ARRAY_SIZE(dmap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC);
        BUG_ON(!static_size);
        if (unit_size >= 0) {
-               BUG_ON(unit_size < static_size + reserved_size +
-                                  (dyn_size >= 0 ? dyn_size : 0));
+               BUG_ON(unit_size < size_sum);
                BUG_ON(unit_size & ~PAGE_MASK);
-       } else {
-               BUG_ON(dyn_size >= 0);
+               BUG_ON(unit_size < PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
+       } else
                BUG_ON(base_addr);
-       }
        BUG_ON(base_addr && populate_pte_fn);
 
        if (unit_size >= 0)
                pcpu_unit_pages = unit_size >> PAGE_SHIFT;
        else
                pcpu_unit_pages = max_t(int, PCPU_MIN_UNIT_SIZE >> PAGE_SHIFT,
-                                       PFN_UP(static_size + reserved_size));
+                                       PFN_UP(size_sum));
 
        pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
        pcpu_chunk_size = num_possible_cpus() * pcpu_unit_size;
@@ -1007,7 +1099,8 @@ size_t __init pcpu_setup_first_chunk(pcpu_get_page_fn_t get_page_fn,
 
        if (reserved_size) {
                schunk->free_size = reserved_size;
-               pcpu_reserved_chunk = schunk;   /* not for dynamic alloc */
+               pcpu_reserved_chunk = schunk;
+               pcpu_reserved_chunk_limit = static_size + reserved_size;
        } else {
                schunk->free_size = dyn_size;
                dyn_size = 0;                   /* dynamic area covered */
@@ -1018,8 +1111,6 @@ size_t __init pcpu_setup_first_chunk(pcpu_get_page_fn_t get_page_fn,
        if (schunk->free_size)
                schunk->map[schunk->map_used++] = schunk->free_size;
 
-       pcpu_reserved_chunk_limit = static_size + schunk->free_size;
-
        /* init dynamic chunk if necessary */
        if (dyn_size) {
                dchunk = alloc_bootmem(sizeof(struct pcpu_chunk));
@@ -1086,15 +1177,101 @@ size_t __init pcpu_setup_first_chunk(pcpu_get_page_fn_t get_page_fn,
        }
 
        /* link the first chunk in */
-       if (!dchunk) {
-               pcpu_chunk_relocate(schunk, -1);
-               pcpu_chunk_addr_insert(schunk);
-       } else {
-               pcpu_chunk_relocate(dchunk, -1);
-               pcpu_chunk_addr_insert(dchunk);
-       }
+       pcpu_first_chunk = dchunk ?: schunk;
+       pcpu_chunk_relocate(pcpu_first_chunk, -1);
 
        /* we're done */
        pcpu_base_addr = (void *)pcpu_chunk_addr(schunk, 0, 0);
        return pcpu_unit_size;
 }
+
+/*
+ * Embedding first chunk setup helper.
+ */
+static void *pcpue_ptr __initdata;
+static size_t pcpue_size __initdata;
+static size_t pcpue_unit_size __initdata;
+
+static struct page * __init pcpue_get_page(unsigned int cpu, int pageno)
+{
+       size_t off = (size_t)pageno << PAGE_SHIFT;
+
+       if (off >= pcpue_size)
+               return NULL;
+
+       return virt_to_page(pcpue_ptr + cpu * pcpue_unit_size + off);
+}
+
+/**
+ * pcpu_embed_first_chunk - embed the first percpu chunk into bootmem
+ * @static_size: the size of static percpu area in bytes
+ * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
+ * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
+ * @unit_size: unit size in bytes, must be multiple of PAGE_SIZE, -1 for auto
+ *
+ * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
+ * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
+ *
+ * If this function is used to setup the first chunk, it is allocated
+ * as a contiguous area using bootmem allocator and used as-is without
+ * being mapped into vmalloc area.  This enables the first chunk to
+ * piggy back on the linear physical mapping which often uses larger
+ * page size.
+ *
+ * When @dyn_size is positive, dynamic area might be larger than
+ * specified to fill page alignment.  Also, when @dyn_size is auto,
+ * @dyn_size does not fill the whole first chunk but only what's
+ * necessary for page alignment after static and reserved areas.
+ *
+ * If the needed size is smaller than the minimum or specified unit
+ * size, the leftover is returned to the bootmem allocator.
+ *
+ * RETURNS:
+ * The determined pcpu_unit_size which can be used to initialize
+ * percpu access on success, -errno on failure.
+ */
+ssize_t __init pcpu_embed_first_chunk(size_t static_size, size_t reserved_size,
+                                     ssize_t dyn_size, ssize_t unit_size)
+{
+       size_t chunk_size;
+       unsigned int cpu;
+
+       /* determine parameters and allocate */
+       pcpue_size = PFN_ALIGN(static_size + reserved_size +
+                              (dyn_size >= 0 ? dyn_size : 0));
+       if (dyn_size != 0)
+               dyn_size = pcpue_size - static_size - reserved_size;
+
+       if (unit_size >= 0) {
+               BUG_ON(unit_size < pcpue_size);
+               pcpue_unit_size = unit_size;
+       } else
+               pcpue_unit_size = max_t(size_t, pcpue_size, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
+
+       chunk_size = pcpue_unit_size * num_possible_cpus();
+
+       pcpue_ptr = __alloc_bootmem_nopanic(chunk_size, PAGE_SIZE,
+                                           __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
+       if (!pcpue_ptr) {
+               pr_warning("PERCPU: failed to allocate %zu bytes for "
+                          "embedding\n", chunk_size);
+               return -ENOMEM;
+       }
+
+       /* return the leftover and copy */
+       for_each_possible_cpu(cpu) {
+               void *ptr = pcpue_ptr + cpu * pcpue_unit_size;
+
+               free_bootmem(__pa(ptr + pcpue_size),
+                            pcpue_unit_size - pcpue_size);
+               memcpy(ptr, __per_cpu_load, static_size);
+       }
+
+       /* we're ready, commit */
+       pr_info("PERCPU: Embedded %zu pages at %p, static data %zu bytes\n",
+               pcpue_size >> PAGE_SHIFT, pcpue_ptr, static_size);
+
+       return pcpu_setup_first_chunk(pcpue_get_page, static_size,
+                                     reserved_size, dyn_size,
+                                     pcpue_unit_size, pcpue_ptr, NULL);
+}