vmscan: fix it to take care of nodemask
[safe/jmp/linux-2.6] / mm / percpu.c
index 997724c..1aa5d8f 100644 (file)
  * - 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_static() during percpu area initialization to
- *   setup kernel static percpu area
+ * - use pcpu_setup_first_chunk() during percpu area initialization to
+ *   setup the first chunk containing the kernel static percpu area
  */
 
 #include <linux/bitmap.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_MIN_UNIT_PAGES_SHIFT      4       /* also max alloc size */
 #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 */
@@ -80,49 +95,70 @@ struct pcpu_chunk {
        int                     map_used;       /* # of map entries used */
        int                     map_alloc;      /* # of map entries allocated */
        int                     *map;           /* allocation map */
-       struct page             *page[];        /* #cpus * UNIT_PAGES */
+       bool                    immutable;      /* no [de]population allowed */
+       struct page             **page;         /* points to page array */
+       struct page             *page_ar[];     /* #cpus * UNIT_PAGES */
 };
 
-static int pcpu_unit_pages_shift;
-static int pcpu_unit_pages;
-static int pcpu_unit_shift;
-static int pcpu_unit_size;
-static int pcpu_chunk_size;
-static int pcpu_nr_slots;
-static size_t pcpu_chunk_struct_size;
+static int pcpu_unit_pages __read_mostly;
+static int pcpu_unit_size __read_mostly;
+static int pcpu_chunk_size __read_mostly;
+static int pcpu_nr_slots __read_mostly;
+static size_t pcpu_chunk_struct_size __read_mostly;
 
 /* the address of the first chunk which starts with the kernel static area */
-void *pcpu_base_addr;
+void *pcpu_base_addr __read_mostly;
 EXPORT_SYMBOL_GPL(pcpu_base_addr);
 
-/* the size of kernel static area */
-static int pcpu_static_size;
+/* optional reserved chunk, only accessible for reserved allocations */
+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, rbtree, 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;            /* chunk list slots */
+static struct list_head *pcpu_slot __read_mostly; /* chunk list slots */
 static struct rb_root pcpu_addr_root = RB_ROOT;        /* chunks by address */
 
-static int pcpu_size_to_slot(int size)
+/* 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)
 {
        int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
        return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
 }
 
+static int pcpu_size_to_slot(int size)
+{
+       if (size == pcpu_unit_size)
+               return pcpu_nr_slots - 1;
+       return __pcpu_size_to_slot(size);
+}
+
 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
 {
        if (chunk->free_size < sizeof(int) || chunk->contig_hint < sizeof(int))
@@ -133,7 +169,7 @@ static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
 
 static int pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
 {
-       return (cpu << pcpu_unit_pages_shift) + page_idx;
+       return cpu * pcpu_unit_pages + page_idx;
 }
 
 static struct page **pcpu_chunk_pagep(struct pcpu_chunk *chunk,
@@ -156,39 +192,44 @@ static bool pcpu_chunk_page_occupied(struct pcpu_chunk *chunk,
 }
 
 /**
- * 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);
 }
 
 /**
@@ -198,13 +239,17 @@ static void *pcpu_realloc(void *p, size_t size, size_t new_size)
  *
  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
- * moved to the slot.
+ * 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)
 {
        int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
 
-       if (oslot != nslot) {
+       if (chunk != pcpu_reserved_chunk && oslot != nslot) {
                if (oslot < nslot)
                        list_move(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
                else
@@ -244,6 +289,9 @@ static struct rb_node **pcpu_chunk_rb_search(void *addr,
  * searchs for the chunk with the highest start address which isn't
  * beyond @addr.
  *
+ * CONTEXT:
+ * pcpu_lock.
+ *
  * RETURNS:
  * The address of the found chunk.
  */
@@ -252,6 +300,15 @@ static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
        struct rb_node *n, *parent;
        struct pcpu_chunk *chunk;
 
+       /* is it in the reserved chunk? */
+       if (pcpu_reserved_chunk) {
+               void *start = pcpu_reserved_chunk->vm->addr;
+
+               if (addr >= start && addr < start + pcpu_reserved_chunk_limit)
+                       return pcpu_reserved_chunk;
+       }
+
+       /* nah... search the regular ones */
        n = *pcpu_chunk_rb_search(addr, &parent);
        if (!n) {
                /* no exactly matching chunk, the parent is the closest */
@@ -275,6 +332,9 @@ static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
  * @new: chunk to insert
  *
  * Insert @new into address rb tree.
+ *
+ * CONTEXT:
+ * pcpu_lock.
  */
 static void pcpu_chunk_addr_insert(struct pcpu_chunk *new)
 {
@@ -287,6 +347,66 @@ static void pcpu_chunk_addr_insert(struct pcpu_chunk *new)
 }
 
 /**
+ * pcpu_extend_area_map - extend area map for allocation
+ * @chunk: target chunk
+ *
+ * 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:
+ * 0 if noop, 1 if successfully extended, -errno on failure.
+ */
+static int pcpu_extend_area_map(struct pcpu_chunk *chunk)
+{
+       int new_alloc;
+       int *new;
+       size_t size;
+
+       /* has enough? */
+       if (chunk->map_alloc >= chunk->map_used + 2)
+               return 0;
+
+       spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
+
+       new_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
+       while (new_alloc < chunk->map_used + 2)
+               new_alloc *= 2;
+
+       new = pcpu_mem_alloc(new_alloc * sizeof(new[0]));
+       if (!new) {
+               spin_lock_irq(&pcpu_lock);
+               return -ENOMEM;
+       }
+
+       /*
+        * 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);
+
+       size = chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]);
+       memcpy(new, chunk->map, size);
+
+       /*
+        * 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;
+}
+
+/**
  * pcpu_split_block - split a map block
  * @chunk: chunk of interest
  * @i: index of map block to split
@@ -301,33 +421,19 @@ 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 = chunk->map_alloc;
-               int *new;
+       BUG_ON(chunk->map_alloc < chunk->map_used + nr_extra);
 
-               while (new_alloc < target)
-                       new_alloc *= 2;
-
-               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;
@@ -340,7 +446,6 @@ 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;
 }
 
 /**
@@ -353,8 +458,14 @@ 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)
 {
@@ -362,22 +473,6 @@ static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align)
        int max_contig = 0;
        int i, off;
 
-       /*
-        * The static chunk initially doesn't have map attached
-        * because kmalloc wasn't available during init.  Give it one.
-        */
-       if (unlikely(!chunk->map)) {
-               chunk->map = pcpu_realloc(NULL, 0,
-                               PCPU_DFL_MAP_ALLOC * sizeof(chunk->map[0]));
-               if (!chunk->map)
-                       return -ENOMEM;
-
-               chunk->map_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
-               chunk->map[chunk->map_used++] = -pcpu_static_size;
-               if (chunk->free_size)
-                       chunk->map[chunk->map_used++] = chunk->free_size;
-       }
-
        for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++])) {
                bool is_last = i + 1 == chunk->map_used;
                int head, tail;
@@ -418,8 +513,7 @@ 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;
@@ -446,14 +540,8 @@ 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;
 }
 
 /**
@@ -464,6 +552,9 @@ 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)
 {
@@ -516,6 +607,9 @@ static void pcpu_unmap(struct pcpu_chunk *chunk, int page_start, int page_end,
        unsigned int last = num_possible_cpus() - 1;
        unsigned int cpu;
 
+       /* unmap must not be done on immutable chunk */
+       WARN_ON(chunk->immutable);
+
        /*
         * Each flushing trial can be very expensive, issue flush on
         * the whole region at once rather than doing it for each cpu.
@@ -546,6 +640,9 @@ 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)
@@ -597,6 +694,9 @@ static int pcpu_map(struct pcpu_chunk *chunk, int page_start, int page_end)
        unsigned int cpu;
        int err;
 
+       /* map must not be done on immutable chunk */
+       WARN_ON(chunk->immutable);
+
        for_each_possible_cpu(cpu) {
                err = map_kernel_range_noflush(
                                pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
@@ -621,6 +721,9 @@ 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)
 {
@@ -628,7 +731,7 @@ static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
        int page_start = PFN_DOWN(off);
        int page_end = PFN_UP(off + size);
        int map_start = -1;
-       int map_end;
+       int uninitialized_var(map_end);
        unsigned int cpu;
        int i;
 
@@ -659,7 +762,7 @@ static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
                goto err;
 
        for_each_possible_cpu(cpu)
-               memset(chunk->vm->addr + (cpu << pcpu_unit_shift) + off, 0,
+               memset(chunk->vm->addr + cpu * pcpu_unit_size + off, 0,
                       size);
 
        return 0;
@@ -675,7 +778,7 @@ 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);
 }
 
@@ -687,10 +790,10 @@ 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;
 
        chunk->vm = get_vm_area(pcpu_chunk_size, GFP_KERNEL);
        if (!chunk->vm) {
@@ -706,186 +809,518 @@ static struct pcpu_chunk *alloc_pcpu_chunk(void)
 }
 
 /**
- * __alloc_percpu - allocate percpu area
+ * pcpu_alloc - the percpu allocator
  * @size: size of area to allocate in bytes
  * @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.
  */
-void *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
+static void *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved)
 {
-       void *ptr = NULL;
        struct pcpu_chunk *chunk;
        int slot, off;
 
-       if (unlikely(!size || size > PAGE_SIZE << PCPU_MIN_UNIT_PAGES_SHIFT ||
-                    align > PAGE_SIZE)) {
+       if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE)) {
                WARN(true, "illegal size (%zu) or align (%zu) for "
                     "percpu allocation\n", size, align);
                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 ||
+                   pcpu_extend_area_map(chunk) < 0)
+                       goto fail_unlock;
+               off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
+               if (off >= 0)
+                       goto area_found;
+               goto fail_unlock;
+       }
 
-       /* allocate area */
+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;
+               goto fail_unlock_mutex;
+
+       spin_lock_irq(&pcpu_lock);
        pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
        pcpu_chunk_addr_insert(chunk);
-
-       off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
-       if (off < 0)
-               goto out_unlock;
+       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;
+}
+
+/**
+ * __alloc_percpu - allocate dynamic percpu area
+ * @size: size of area to allocate in bytes
+ * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
+ *
+ * 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.
+ */
+void *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
+{
+       return pcpu_alloc(size, align, false);
 }
 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
 
-static void pcpu_kill_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
+/**
+ * __alloc_reserved_percpu - allocate reserved percpu area
+ * @size: size of area to allocate in bytes
+ * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
+ *
+ * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align from reserved
+ * 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.
+ */
+void *__alloc_reserved_percpu(size_t size, size_t align)
+{
+       return pcpu_alloc(size, align, true);
+}
+
+/**
+ * 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)
 {
-       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;
+
+               rb_erase(&chunk->rb_node, &pcpu_addr_root);
+               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);
 
 /**
- * pcpu_setup_static - initialize kernel static percpu area
- * @populate_pte_fn: callback to allocate pagetable
- * @pages: num_possible_cpus() * PFN_UP(cpu_size) pages
- * @cpu_size: the size of static percpu area in bytes
+ * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
+ * @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
+ * @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
+ *
+ * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
+ * perpcu area.  This function is to be called from arch percpu area
+ * setup path.  The first two parameters are mandatory.  The rest are
+ * optional.
+ *
+ * @get_page_fn() should return pointer to percpu page given cpu
+ * number and page number.  It should at least return enough pages to
+ * cover the static area.  The returned pages for static area should
+ * have been initialized with valid data.  If @unit_size is specified,
+ * it can also return pages after the static area.  NULL return
+ * indicates end of pages for the cpu.  Note that @get_page_fn() must
+ * return the same number of pages for all cpus.
+ *
+ * @reserved_size, if non-zero, specifies the amount of bytes to
+ * reserve after the static area in the first chunk.  This reserves
+ * the first chunk such that it's available only through reserved
+ * percpu allocation.  This is primarily used to serve module percpu
+ * static areas on architectures where the addressing model has
+ * limited offset range for symbol relocations to guarantee module
+ * percpu symbols fall inside the relocatable range.
  *
- * Initialize kernel static percpu area.  The caller should allocate
- * all the necessary pages and pass them in @pages.
- * @populate_pte_fn() is called on each page to be used for percpu
- * mapping and is responsible for making sure all the necessary page
- * tables for the page is allocated.
+ * @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 + 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
+ * with the chunk.  Note that @base_addr with 0 @unit_size or non-NULL
+ * @populate_pte_fn doesn't make any sense.
+ *
+ * @populate_pte_fn is used to populate the pagetable.  NULL means the
+ * caller already populated the pagetable.
+ *
+ * If the first chunk ends up with both reserved and dynamic areas, it
+ * is served by two chunks - one to serve the core static and reserved
+ * areas and the other for the dynamic area.  They share the same vm
+ * and page map but uses different area allocation map to stay away
+ * from each other.  The latter chunk is circulated in the chunk slots
+ * and available for dynamic allocation like any other chunks.
  *
  * RETURNS:
  * The determined pcpu_unit_size which can be used to initialize
  * percpu access.
  */
-size_t __init pcpu_setup_static(pcpu_populate_pte_fn_t populate_pte_fn,
-                               struct page **pages, size_t cpu_size)
+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 dyn_size, ssize_t unit_size,
+                                    void *base_addr,
+                                    pcpu_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
 {
-       static struct vm_struct static_vm;
-       struct pcpu_chunk *static_chunk;
-       int nr_cpu_pages = DIV_ROUND_UP(cpu_size, PAGE_SIZE);
+       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;
        int err, i;
 
-       pcpu_unit_pages_shift = max_t(int, PCPU_MIN_UNIT_PAGES_SHIFT,
-                                     order_base_2(cpu_size) - PAGE_SHIFT);
+       /* santiy checks */
+       BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(smap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC ||
+                    ARRAY_SIZE(dmap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC);
+       BUG_ON(!static_size);
+       if (unit_size >= 0) {
+               BUG_ON(unit_size < size_sum);
+               BUG_ON(unit_size & ~PAGE_MASK);
+               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(size_sum));
 
-       pcpu_static_size = cpu_size;
-       pcpu_unit_pages = 1 << pcpu_unit_pages_shift;
-       pcpu_unit_shift = PAGE_SHIFT + pcpu_unit_pages_shift;
-       pcpu_unit_size = 1 << pcpu_unit_shift;
+       pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
        pcpu_chunk_size = num_possible_cpus() * pcpu_unit_size;
-       pcpu_nr_slots = pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 1;
        pcpu_chunk_struct_size = sizeof(struct pcpu_chunk)
-               + (1 << pcpu_unit_pages_shift) * sizeof(struct page *);
+               + num_possible_cpus() * pcpu_unit_pages * sizeof(struct page *);
 
-       /* allocate chunk slots */
+       if (dyn_size < 0)
+               dyn_size = pcpu_unit_size - static_size - reserved_size;
+
+       /*
+        * Allocate chunk slots.  The additional last slot is for
+        * empty chunks.
+        */
+       pcpu_nr_slots = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 2;
        pcpu_slot = alloc_bootmem(pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_slot[0]));
        for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
                INIT_LIST_HEAD(&pcpu_slot[i]);
 
-       /* init and register vm area */
-       static_vm.flags = VM_ALLOC;
-       static_vm.size = pcpu_chunk_size;
-       vm_area_register_early(&static_vm);
+       /*
+        * Initialize static chunk.  If reserved_size is zero, the
+        * static chunk covers static area + dynamic allocation area
+        * in the first chunk.  If reserved_size is not zero, it
+        * covers static area + reserved area (mostly used for module
+        * static percpu allocation).
+        */
+       schunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
+       INIT_LIST_HEAD(&schunk->list);
+       schunk->vm = &first_vm;
+       schunk->map = smap;
+       schunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(smap);
+       schunk->page = schunk->page_ar;
+
+       if (reserved_size) {
+               schunk->free_size = reserved_size;
+               pcpu_reserved_chunk = schunk;   /* not for dynamic alloc */
+       } else {
+               schunk->free_size = dyn_size;
+               dyn_size = 0;                   /* dynamic area covered */
+       }
+       schunk->contig_hint = schunk->free_size;
+
+       schunk->map[schunk->map_used++] = -static_size;
+       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));
+               INIT_LIST_HEAD(&dchunk->list);
+               dchunk->vm = &first_vm;
+               dchunk->map = dmap;
+               dchunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(dmap);
+               dchunk->page = schunk->page_ar; /* share page map with schunk */
+
+               dchunk->contig_hint = dchunk->free_size = dyn_size;
+               dchunk->map[dchunk->map_used++] = -pcpu_reserved_chunk_limit;
+               dchunk->map[dchunk->map_used++] = dchunk->free_size;
+       }
+
+       /* allocate vm address */
+       first_vm.flags = VM_ALLOC;
+       first_vm.size = pcpu_chunk_size;
 
-       /* init static_chunk */
-       static_chunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
-       INIT_LIST_HEAD(&static_chunk->list);
-       static_chunk->vm = &static_vm;
-       static_chunk->free_size = pcpu_unit_size - pcpu_static_size;
-       static_chunk->contig_hint = static_chunk->free_size;
+       if (!base_addr)
+               vm_area_register_early(&first_vm, PAGE_SIZE);
+       else {
+               /*
+                * Pages already mapped.  No need to remap into
+                * vmalloc area.  In this case the first chunks can't
+                * be mapped or unmapped by percpu and are marked
+                * immutable.
+                */
+               first_vm.addr = base_addr;
+               schunk->immutable = true;
+               if (dchunk)
+                       dchunk->immutable = true;
+       }
 
-       /* assign pages and map them */
+       /* assign pages */
+       nr_pages = -1;
        for_each_possible_cpu(cpu) {
-               for (i = 0; i < nr_cpu_pages; i++) {
-                       *pcpu_chunk_pagep(static_chunk, cpu, i) = *pages++;
-                       populate_pte_fn(pcpu_chunk_addr(static_chunk, cpu, i));
+               for (i = 0; i < pcpu_unit_pages; i++) {
+                       struct page *page = get_page_fn(cpu, i);
+
+                       if (!page)
+                               break;
+                       *pcpu_chunk_pagep(schunk, cpu, i) = page;
                }
+
+               BUG_ON(i < PFN_UP(static_size));
+
+               if (nr_pages < 0)
+                       nr_pages = i;
+               else
+                       BUG_ON(nr_pages != i);
        }
 
-       err = pcpu_map(static_chunk, 0, nr_cpu_pages);
-       if (err)
-               panic("failed to setup static percpu area, err=%d\n", err);
+       /* map them */
+       if (populate_pte_fn) {
+               for_each_possible_cpu(cpu)
+                       for (i = 0; i < nr_pages; i++)
+                               populate_pte_fn(pcpu_chunk_addr(schunk,
+                                                               cpu, i));
+
+               err = pcpu_map(schunk, 0, nr_pages);
+               if (err)
+                       panic("failed to setup static percpu area, err=%d\n",
+                             err);
+       }
 
-       /* link static_chunk in */
-       pcpu_chunk_relocate(static_chunk, -1);
-       pcpu_chunk_addr_insert(static_chunk);
+       /* 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);
+       }
 
        /* we're done */
-       pcpu_base_addr = (void *)pcpu_chunk_addr(static_chunk, 0, 0);
+       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)
+{
+       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);
+
+       pcpue_ptr = __alloc_bootmem_nopanic(
+                                       num_possible_cpus() * pcpue_unit_size,
+                                       PAGE_SIZE, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
+       if (!pcpue_ptr)
+               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);
+}