memcg: add comments clarifying aspects of cache attribute propagation
[~shefty/rdma-dev.git] / mm / slub.c
1 /*
2  * SLUB: A slab allocator that limits cache line use instead of queuing
3  * objects in per cpu and per node lists.
4  *
5  * The allocator synchronizes using per slab locks or atomic operatios
6  * and only uses a centralized lock to manage a pool of partial slabs.
7  *
8  * (C) 2007 SGI, Christoph Lameter
9  * (C) 2011 Linux Foundation, Christoph Lameter
10  */
11
12 #include <linux/mm.h>
13 #include <linux/swap.h> /* struct reclaim_state */
14 #include <linux/module.h>
15 #include <linux/bit_spinlock.h>
16 #include <linux/interrupt.h>
17 #include <linux/bitops.h>
18 #include <linux/slab.h>
19 #include "slab.h"
20 #include <linux/proc_fs.h>
21 #include <linux/seq_file.h>
22 #include <linux/kmemcheck.h>
23 #include <linux/cpu.h>
24 #include <linux/cpuset.h>
25 #include <linux/mempolicy.h>
26 #include <linux/ctype.h>
27 #include <linux/debugobjects.h>
28 #include <linux/kallsyms.h>
29 #include <linux/memory.h>
30 #include <linux/math64.h>
31 #include <linux/fault-inject.h>
32 #include <linux/stacktrace.h>
33 #include <linux/prefetch.h>
34 #include <linux/memcontrol.h>
35
36 #include <trace/events/kmem.h>
37
38 #include "internal.h"
39
40 /*
41  * Lock order:
42  *   1. slab_mutex (Global Mutex)
43  *   2. node->list_lock
44  *   3. slab_lock(page) (Only on some arches and for debugging)
45  *
46  *   slab_mutex
47  *
48  *   The role of the slab_mutex is to protect the list of all the slabs
49  *   and to synchronize major metadata changes to slab cache structures.
50  *
51  *   The slab_lock is only used for debugging and on arches that do not
52  *   have the ability to do a cmpxchg_double. It only protects the second
53  *   double word in the page struct. Meaning
54  *      A. page->freelist       -> List of object free in a page
55  *      B. page->counters       -> Counters of objects
56  *      C. page->frozen         -> frozen state
57  *
58  *   If a slab is frozen then it is exempt from list management. It is not
59  *   on any list. The processor that froze the slab is the one who can
60  *   perform list operations on the page. Other processors may put objects
61  *   onto the freelist but the processor that froze the slab is the only
62  *   one that can retrieve the objects from the page's freelist.
63  *
64  *   The list_lock protects the partial and full list on each node and
65  *   the partial slab counter. If taken then no new slabs may be added or
66  *   removed from the lists nor make the number of partial slabs be modified.
67  *   (Note that the total number of slabs is an atomic value that may be
68  *   modified without taking the list lock).
69  *
70  *   The list_lock is a centralized lock and thus we avoid taking it as
71  *   much as possible. As long as SLUB does not have to handle partial
72  *   slabs, operations can continue without any centralized lock. F.e.
73  *   allocating a long series of objects that fill up slabs does not require
74  *   the list lock.
75  *   Interrupts are disabled during allocation and deallocation in order to
76  *   make the slab allocator safe to use in the context of an irq. In addition
77  *   interrupts are disabled to ensure that the processor does not change
78  *   while handling per_cpu slabs, due to kernel preemption.
79  *
80  * SLUB assigns one slab for allocation to each processor.
81  * Allocations only occur from these slabs called cpu slabs.
82  *
83  * Slabs with free elements are kept on a partial list and during regular
84  * operations no list for full slabs is used. If an object in a full slab is
85  * freed then the slab will show up again on the partial lists.
86  * We track full slabs for debugging purposes though because otherwise we
87  * cannot scan all objects.
88  *
89  * Slabs are freed when they become empty. Teardown and setup is
90  * minimal so we rely on the page allocators per cpu caches for
91  * fast frees and allocs.
92  *
93  * Overloading of page flags that are otherwise used for LRU management.
94  *
95  * PageActive           The slab is frozen and exempt from list processing.
96  *                      This means that the slab is dedicated to a purpose
97  *                      such as satisfying allocations for a specific
98  *                      processor. Objects may be freed in the slab while
99  *                      it is frozen but slab_free will then skip the usual
100  *                      list operations. It is up to the processor holding
101  *                      the slab to integrate the slab into the slab lists
102  *                      when the slab is no longer needed.
103  *
104  *                      One use of this flag is to mark slabs that are
105  *                      used for allocations. Then such a slab becomes a cpu
106  *                      slab. The cpu slab may be equipped with an additional
107  *                      freelist that allows lockless access to
108  *                      free objects in addition to the regular freelist
109  *                      that requires the slab lock.
110  *
111  * PageError            Slab requires special handling due to debug
112  *                      options set. This moves slab handling out of
113  *                      the fast path and disables lockless freelists.
114  */
115
116 static inline int kmem_cache_debug(struct kmem_cache *s)
117 {
118 #ifdef CONFIG_SLUB_DEBUG
119         return unlikely(s->flags & SLAB_DEBUG_FLAGS);
120 #else
121         return 0;
122 #endif
123 }
124
125 /*
126  * Issues still to be resolved:
127  *
128  * - Support PAGE_ALLOC_DEBUG. Should be easy to do.
129  *
130  * - Variable sizing of the per node arrays
131  */
132
133 /* Enable to test recovery from slab corruption on boot */
134 #undef SLUB_RESILIENCY_TEST
135
136 /* Enable to log cmpxchg failures */
137 #undef SLUB_DEBUG_CMPXCHG
138
139 /*
140  * Mininum number of partial slabs. These will be left on the partial
141  * lists even if they are empty. kmem_cache_shrink may reclaim them.
142  */
143 #define MIN_PARTIAL 5
144
145 /*
146  * Maximum number of desirable partial slabs.
147  * The existence of more partial slabs makes kmem_cache_shrink
148  * sort the partial list by the number of objects in the.
149  */
150 #define MAX_PARTIAL 10
151
152 #define DEBUG_DEFAULT_FLAGS (SLAB_DEBUG_FREE | SLAB_RED_ZONE | \
153                                 SLAB_POISON | SLAB_STORE_USER)
154
155 /*
156  * Debugging flags that require metadata to be stored in the slab.  These get
157  * disabled when slub_debug=O is used and a cache's min order increases with
158  * metadata.
159  */
160 #define DEBUG_METADATA_FLAGS (SLAB_RED_ZONE | SLAB_POISON | SLAB_STORE_USER)
161
162 /*
163  * Set of flags that will prevent slab merging
164  */
165 #define SLUB_NEVER_MERGE (SLAB_RED_ZONE | SLAB_POISON | SLAB_STORE_USER | \
166                 SLAB_TRACE | SLAB_DESTROY_BY_RCU | SLAB_NOLEAKTRACE | \
167                 SLAB_FAILSLAB)
168
169 #define SLUB_MERGE_SAME (SLAB_DEBUG_FREE | SLAB_RECLAIM_ACCOUNT | \
170                 SLAB_CACHE_DMA | SLAB_NOTRACK)
171
172 #define OO_SHIFT        16
173 #define OO_MASK         ((1 << OO_SHIFT) - 1)
174 #define MAX_OBJS_PER_PAGE       32767 /* since page.objects is u15 */
175
176 /* Internal SLUB flags */
177 #define __OBJECT_POISON         0x80000000UL /* Poison object */
178 #define __CMPXCHG_DOUBLE        0x40000000UL /* Use cmpxchg_double */
179
180 #ifdef CONFIG_SMP
181 static struct notifier_block slab_notifier;
182 #endif
183
184 /*
185  * Tracking user of a slab.
186  */
187 #define TRACK_ADDRS_COUNT 16
188 struct track {
189         unsigned long addr;     /* Called from address */
190 #ifdef CONFIG_STACKTRACE
191         unsigned long addrs[TRACK_ADDRS_COUNT]; /* Called from address */
192 #endif
193         int cpu;                /* Was running on cpu */
194         int pid;                /* Pid context */
195         unsigned long when;     /* When did the operation occur */
196 };
197
198 enum track_item { TRACK_ALLOC, TRACK_FREE };
199
200 #ifdef CONFIG_SYSFS
201 static int sysfs_slab_add(struct kmem_cache *);
202 static int sysfs_slab_alias(struct kmem_cache *, const char *);
203 static void sysfs_slab_remove(struct kmem_cache *);
204 static void memcg_propagate_slab_attrs(struct kmem_cache *s);
205 #else
206 static inline int sysfs_slab_add(struct kmem_cache *s) { return 0; }
207 static inline int sysfs_slab_alias(struct kmem_cache *s, const char *p)
208                                                         { return 0; }
209 static inline void sysfs_slab_remove(struct kmem_cache *s) { }
210
211 static inline void memcg_propagate_slab_attrs(struct kmem_cache *s) { }
212 #endif
213
214 static inline void stat(const struct kmem_cache *s, enum stat_item si)
215 {
216 #ifdef CONFIG_SLUB_STATS
217         __this_cpu_inc(s->cpu_slab->stat[si]);
218 #endif
219 }
220
221 /********************************************************************
222  *                      Core slab cache functions
223  *******************************************************************/
224
225 static inline struct kmem_cache_node *get_node(struct kmem_cache *s, int node)
226 {
227         return s->node[node];
228 }
229
230 /* Verify that a pointer has an address that is valid within a slab page */
231 static inline int check_valid_pointer(struct kmem_cache *s,
232                                 struct page *page, const void *object)
233 {
234         void *base;
235
236         if (!object)
237                 return 1;
238
239         base = page_address(page);
240         if (object < base || object >= base + page->objects * s->size ||
241                 (object - base) % s->size) {
242                 return 0;
243         }
244
245         return 1;
246 }
247
248 static inline void *get_freepointer(struct kmem_cache *s, void *object)
249 {
250         return *(void **)(object + s->offset);
251 }
252
253 static void prefetch_freepointer(const struct kmem_cache *s, void *object)
254 {
255         prefetch(object + s->offset);
256 }
257
258 static inline void *get_freepointer_safe(struct kmem_cache *s, void *object)
259 {
260         void *p;
261
262 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
263         probe_kernel_read(&p, (void **)(object + s->offset), sizeof(p));
264 #else
265         p = get_freepointer(s, object);
266 #endif
267         return p;
268 }
269
270 static inline void set_freepointer(struct kmem_cache *s, void *object, void *fp)
271 {
272         *(void **)(object + s->offset) = fp;
273 }
274
275 /* Loop over all objects in a slab */
276 #define for_each_object(__p, __s, __addr, __objects) \
277         for (__p = (__addr); __p < (__addr) + (__objects) * (__s)->size;\
278                         __p += (__s)->size)
279
280 /* Determine object index from a given position */
281 static inline int slab_index(void *p, struct kmem_cache *s, void *addr)
282 {
283         return (p - addr) / s->size;
284 }
285
286 static inline size_t slab_ksize(const struct kmem_cache *s)
287 {
288 #ifdef CONFIG_SLUB_DEBUG
289         /*
290          * Debugging requires use of the padding between object
291          * and whatever may come after it.
292          */
293         if (s->flags & (SLAB_RED_ZONE | SLAB_POISON))
294                 return s->object_size;
295
296 #endif
297         /*
298          * If we have the need to store the freelist pointer
299          * back there or track user information then we can
300          * only use the space before that information.
301          */
302         if (s->flags & (SLAB_DESTROY_BY_RCU | SLAB_STORE_USER))
303                 return s->inuse;
304         /*
305          * Else we can use all the padding etc for the allocation
306          */
307         return s->size;
308 }
309
310 static inline int order_objects(int order, unsigned long size, int reserved)
311 {
312         return ((PAGE_SIZE << order) - reserved) / size;
313 }
314
315 static inline struct kmem_cache_order_objects oo_make(int order,
316                 unsigned long size, int reserved)
317 {
318         struct kmem_cache_order_objects x = {
319                 (order << OO_SHIFT) + order_objects(order, size, reserved)
320         };
321
322         return x;
323 }
324
325 static inline int oo_order(struct kmem_cache_order_objects x)
326 {
327         return x.x >> OO_SHIFT;
328 }
329
330 static inline int oo_objects(struct kmem_cache_order_objects x)
331 {
332         return x.x & OO_MASK;
333 }
334
335 /*
336  * Per slab locking using the pagelock
337  */
338 static __always_inline void slab_lock(struct page *page)
339 {
340         bit_spin_lock(PG_locked, &page->flags);
341 }
342
343 static __always_inline void slab_unlock(struct page *page)
344 {
345         __bit_spin_unlock(PG_locked, &page->flags);
346 }
347
348 /* Interrupts must be disabled (for the fallback code to work right) */
349 static inline bool __cmpxchg_double_slab(struct kmem_cache *s, struct page *page,
350                 void *freelist_old, unsigned long counters_old,
351                 void *freelist_new, unsigned long counters_new,
352                 const char *n)
353 {
354         VM_BUG_ON(!irqs_disabled());
355 #if defined(CONFIG_HAVE_CMPXCHG_DOUBLE) && \
356     defined(CONFIG_HAVE_ALIGNED_STRUCT_PAGE)
357         if (s->flags & __CMPXCHG_DOUBLE) {
358                 if (cmpxchg_double(&page->freelist, &page->counters,
359                         freelist_old, counters_old,
360                         freelist_new, counters_new))
361                 return 1;
362         } else
363 #endif
364         {
365                 slab_lock(page);
366                 if (page->freelist == freelist_old && page->counters == counters_old) {
367                         page->freelist = freelist_new;
368                         page->counters = counters_new;
369                         slab_unlock(page);
370                         return 1;
371                 }
372                 slab_unlock(page);
373         }
374
375         cpu_relax();
376         stat(s, CMPXCHG_DOUBLE_FAIL);
377
378 #ifdef SLUB_DEBUG_CMPXCHG
379         printk(KERN_INFO "%s %s: cmpxchg double redo ", n, s->name);
380 #endif
381
382         return 0;
383 }
384
385 static inline bool cmpxchg_double_slab(struct kmem_cache *s, struct page *page,
386                 void *freelist_old, unsigned long counters_old,
387                 void *freelist_new, unsigned long counters_new,
388                 const char *n)
389 {
390 #if defined(CONFIG_HAVE_CMPXCHG_DOUBLE) && \
391     defined(CONFIG_HAVE_ALIGNED_STRUCT_PAGE)
392         if (s->flags & __CMPXCHG_DOUBLE) {
393                 if (cmpxchg_double(&page->freelist, &page->counters,
394                         freelist_old, counters_old,
395                         freelist_new, counters_new))
396                 return 1;
397         } else
398 #endif
399         {
400                 unsigned long flags;
401
402                 local_irq_save(flags);
403                 slab_lock(page);
404                 if (page->freelist == freelist_old && page->counters == counters_old) {
405                         page->freelist = freelist_new;
406                         page->counters = counters_new;
407                         slab_unlock(page);
408                         local_irq_restore(flags);
409                         return 1;
410                 }
411                 slab_unlock(page);
412                 local_irq_restore(flags);
413         }
414
415         cpu_relax();
416         stat(s, CMPXCHG_DOUBLE_FAIL);
417
418 #ifdef SLUB_DEBUG_CMPXCHG
419         printk(KERN_INFO "%s %s: cmpxchg double redo ", n, s->name);
420 #endif
421
422         return 0;
423 }
424
425 #ifdef CONFIG_SLUB_DEBUG
426 /*
427  * Determine a map of object in use on a page.
428  *
429  * Node listlock must be held to guarantee that the page does
430  * not vanish from under us.
431  */
432 static void get_map(struct kmem_cache *s, struct page *page, unsigned long *map)
433 {
434         void *p;
435         void *addr = page_address(page);
436
437         for (p = page->freelist; p; p = get_freepointer(s, p))
438                 set_bit(slab_index(p, s, addr), map);
439 }
440
441 /*
442  * Debug settings:
443  */
444 #ifdef CONFIG_SLUB_DEBUG_ON
445 static int slub_debug = DEBUG_DEFAULT_FLAGS;
446 #else
447 static int slub_debug;
448 #endif
449
450 static char *slub_debug_slabs;
451 static int disable_higher_order_debug;
452
453 /*
454  * Object debugging
455  */
456 static void print_section(char *text, u8 *addr, unsigned int length)
457 {
458         print_hex_dump(KERN_ERR, text, DUMP_PREFIX_ADDRESS, 16, 1, addr,
459                         length, 1);
460 }
461
462 static struct track *get_track(struct kmem_cache *s, void *object,
463         enum track_item alloc)
464 {
465         struct track *p;
466
467         if (s->offset)
468                 p = object + s->offset + sizeof(void *);
469         else
470                 p = object + s->inuse;
471
472         return p + alloc;
473 }
474
475 static void set_track(struct kmem_cache *s, void *object,
476                         enum track_item alloc, unsigned long addr)
477 {
478         struct track *p = get_track(s, object, alloc);
479
480         if (addr) {
481 #ifdef CONFIG_STACKTRACE
482                 struct stack_trace trace;
483                 int i;
484
485                 trace.nr_entries = 0;
486                 trace.max_entries = TRACK_ADDRS_COUNT;
487                 trace.entries = p->addrs;
488                 trace.skip = 3;
489                 save_stack_trace(&trace);
490
491                 /* See rant in lockdep.c */
492                 if (trace.nr_entries != 0 &&
493                     trace.entries[trace.nr_entries - 1] == ULONG_MAX)
494                         trace.nr_entries--;
495
496                 for (i = trace.nr_entries; i < TRACK_ADDRS_COUNT; i++)
497                         p->addrs[i] = 0;
498 #endif
499                 p->addr = addr;
500                 p->cpu = smp_processor_id();
501                 p->pid = current->pid;
502                 p->when = jiffies;
503         } else
504                 memset(p, 0, sizeof(struct track));
505 }
506
507 static void init_tracking(struct kmem_cache *s, void *object)
508 {
509         if (!(s->flags & SLAB_STORE_USER))
510                 return;
511
512         set_track(s, object, TRACK_FREE, 0UL);
513         set_track(s, object, TRACK_ALLOC, 0UL);
514 }
515
516 static void print_track(const char *s, struct track *t)
517 {
518         if (!t->addr)
519                 return;
520
521         printk(KERN_ERR "INFO: %s in %pS age=%lu cpu=%u pid=%d\n",
522                 s, (void *)t->addr, jiffies - t->when, t->cpu, t->pid);
523 #ifdef CONFIG_STACKTRACE
524         {
525                 int i;
526                 for (i = 0; i < TRACK_ADDRS_COUNT; i++)
527                         if (t->addrs[i])
528                                 printk(KERN_ERR "\t%pS\n", (void *)t->addrs[i]);
529                         else
530                                 break;
531         }
532 #endif
533 }
534
535 static void print_tracking(struct kmem_cache *s, void *object)
536 {
537         if (!(s->flags & SLAB_STORE_USER))
538                 return;
539
540         print_track("Allocated", get_track(s, object, TRACK_ALLOC));
541         print_track("Freed", get_track(s, object, TRACK_FREE));
542 }
543
544 static void print_page_info(struct page *page)
545 {
546         printk(KERN_ERR "INFO: Slab 0x%p objects=%u used=%u fp=0x%p flags=0x%04lx\n",
547                 page, page->objects, page->inuse, page->freelist, page->flags);
548
549 }
550
551 static void slab_bug(struct kmem_cache *s, char *fmt, ...)
552 {
553         va_list args;
554         char buf[100];
555
556         va_start(args, fmt);
557         vsnprintf(buf, sizeof(buf), fmt, args);
558         va_end(args);
559         printk(KERN_ERR "========================================"
560                         "=====================================\n");
561         printk(KERN_ERR "BUG %s (%s): %s\n", s->name, print_tainted(), buf);
562         printk(KERN_ERR "----------------------------------------"
563                         "-------------------------------------\n\n");
564
565         add_taint(TAINT_BAD_PAGE);
566 }
567
568 static void slab_fix(struct kmem_cache *s, char *fmt, ...)
569 {
570         va_list args;
571         char buf[100];
572
573         va_start(args, fmt);
574         vsnprintf(buf, sizeof(buf), fmt, args);
575         va_end(args);
576         printk(KERN_ERR "FIX %s: %s\n", s->name, buf);
577 }
578
579 static void print_trailer(struct kmem_cache *s, struct page *page, u8 *p)
580 {
581         unsigned int off;       /* Offset of last byte */
582         u8 *addr = page_address(page);
583
584         print_tracking(s, p);
585
586         print_page_info(page);
587
588         printk(KERN_ERR "INFO: Object 0x%p @offset=%tu fp=0x%p\n\n",
589                         p, p - addr, get_freepointer(s, p));
590
591         if (p > addr + 16)
592                 print_section("Bytes b4 ", p - 16, 16);
593
594         print_section("Object ", p, min_t(unsigned long, s->object_size,
595                                 PAGE_SIZE));
596         if (s->flags & SLAB_RED_ZONE)
597                 print_section("Redzone ", p + s->object_size,
598                         s->inuse - s->object_size);
599
600         if (s->offset)
601                 off = s->offset + sizeof(void *);
602         else
603                 off = s->inuse;
604
605         if (s->flags & SLAB_STORE_USER)
606                 off += 2 * sizeof(struct track);
607
608         if (off != s->size)
609                 /* Beginning of the filler is the free pointer */
610                 print_section("Padding ", p + off, s->size - off);
611
612         dump_stack();
613 }
614
615 static void object_err(struct kmem_cache *s, struct page *page,
616                         u8 *object, char *reason)
617 {
618         slab_bug(s, "%s", reason);
619         print_trailer(s, page, object);
620 }
621
622 static void slab_err(struct kmem_cache *s, struct page *page, const char *fmt, ...)
623 {
624         va_list args;
625         char buf[100];
626
627         va_start(args, fmt);
628         vsnprintf(buf, sizeof(buf), fmt, args);
629         va_end(args);
630         slab_bug(s, "%s", buf);
631         print_page_info(page);
632         dump_stack();
633 }
634
635 static void init_object(struct kmem_cache *s, void *object, u8 val)
636 {
637         u8 *p = object;
638
639         if (s->flags & __OBJECT_POISON) {
640                 memset(p, POISON_FREE, s->object_size - 1);
641                 p[s->object_size - 1] = POISON_END;
642         }
643
644         if (s->flags & SLAB_RED_ZONE)
645                 memset(p + s->object_size, val, s->inuse - s->object_size);
646 }
647
648 static void restore_bytes(struct kmem_cache *s, char *message, u8 data,
649                                                 void *from, void *to)
650 {
651         slab_fix(s, "Restoring 0x%p-0x%p=0x%x\n", from, to - 1, data);
652         memset(from, data, to - from);
653 }
654
655 static int check_bytes_and_report(struct kmem_cache *s, struct page *page,
656                         u8 *object, char *what,
657                         u8 *start, unsigned int value, unsigned int bytes)
658 {
659         u8 *fault;
660         u8 *end;
661
662         fault = memchr_inv(start, value, bytes);
663         if (!fault)
664                 return 1;
665
666         end = start + bytes;
667         while (end > fault && end[-1] == value)
668                 end--;
669
670         slab_bug(s, "%s overwritten", what);
671         printk(KERN_ERR "INFO: 0x%p-0x%p. First byte 0x%x instead of 0x%x\n",
672                                         fault, end - 1, fault[0], value);
673         print_trailer(s, page, object);
674
675         restore_bytes(s, what, value, fault, end);
676         return 0;
677 }
678
679 /*
680  * Object layout:
681  *
682  * object address
683  *      Bytes of the object to be managed.
684  *      If the freepointer may overlay the object then the free
685  *      pointer is the first word of the object.
686  *
687  *      Poisoning uses 0x6b (POISON_FREE) and the last byte is
688  *      0xa5 (POISON_END)
689  *
690  * object + s->object_size
691  *      Padding to reach word boundary. This is also used for Redzoning.
692  *      Padding is extended by another word if Redzoning is enabled and
693  *      object_size == inuse.
694  *
695  *      We fill with 0xbb (RED_INACTIVE) for inactive objects and with
696  *      0xcc (RED_ACTIVE) for objects in use.
697  *
698  * object + s->inuse
699  *      Meta data starts here.
700  *
701  *      A. Free pointer (if we cannot overwrite object on free)
702  *      B. Tracking data for SLAB_STORE_USER
703  *      C. Padding to reach required alignment boundary or at mininum
704  *              one word if debugging is on to be able to detect writes
705  *              before the word boundary.
706  *
707  *      Padding is done using 0x5a (POISON_INUSE)
708  *
709  * object + s->size
710  *      Nothing is used beyond s->size.
711  *
712  * If slabcaches are merged then the object_size and inuse boundaries are mostly
713  * ignored. And therefore no slab options that rely on these boundaries
714  * may be used with merged slabcaches.
715  */
716
717 static int check_pad_bytes(struct kmem_cache *s, struct page *page, u8 *p)
718 {
719         unsigned long off = s->inuse;   /* The end of info */
720
721         if (s->offset)
722                 /* Freepointer is placed after the object. */
723                 off += sizeof(void *);
724
725         if (s->flags & SLAB_STORE_USER)
726                 /* We also have user information there */
727                 off += 2 * sizeof(struct track);
728
729         if (s->size == off)
730                 return 1;
731
732         return check_bytes_and_report(s, page, p, "Object padding",
733                                 p + off, POISON_INUSE, s->size - off);
734 }
735
736 /* Check the pad bytes at the end of a slab page */
737 static int slab_pad_check(struct kmem_cache *s, struct page *page)
738 {
739         u8 *start;
740         u8 *fault;
741         u8 *end;
742         int length;
743         int remainder;
744
745         if (!(s->flags & SLAB_POISON))
746                 return 1;
747
748         start = page_address(page);
749         length = (PAGE_SIZE << compound_order(page)) - s->reserved;
750         end = start + length;
751         remainder = length % s->size;
752         if (!remainder)
753                 return 1;
754
755         fault = memchr_inv(end - remainder, POISON_INUSE, remainder);
756         if (!fault)
757                 return 1;
758         while (end > fault && end[-1] == POISON_INUSE)
759                 end--;
760
761         slab_err(s, page, "Padding overwritten. 0x%p-0x%p", fault, end - 1);
762         print_section("Padding ", end - remainder, remainder);
763
764         restore_bytes(s, "slab padding", POISON_INUSE, end - remainder, end);
765         return 0;
766 }
767
768 static int check_object(struct kmem_cache *s, struct page *page,
769                                         void *object, u8 val)
770 {
771         u8 *p = object;
772         u8 *endobject = object + s->object_size;
773
774         if (s->flags & SLAB_RED_ZONE) {
775                 if (!check_bytes_and_report(s, page, object, "Redzone",
776                         endobject, val, s->inuse - s->object_size))
777                         return 0;
778         } else {
779                 if ((s->flags & SLAB_POISON) && s->object_size < s->inuse) {
780                         check_bytes_and_report(s, page, p, "Alignment padding",
781                                 endobject, POISON_INUSE, s->inuse - s->object_size);
782                 }
783         }
784
785         if (s->flags & SLAB_POISON) {
786                 if (val != SLUB_RED_ACTIVE && (s->flags & __OBJECT_POISON) &&
787                         (!check_bytes_and_report(s, page, p, "Poison", p,
788                                         POISON_FREE, s->object_size - 1) ||
789                          !check_bytes_and_report(s, page, p, "Poison",
790                                 p + s->object_size - 1, POISON_END, 1)))
791                         return 0;
792                 /*
793                  * check_pad_bytes cleans up on its own.
794                  */
795                 check_pad_bytes(s, page, p);
796         }
797
798         if (!s->offset && val == SLUB_RED_ACTIVE)
799                 /*
800                  * Object and freepointer overlap. Cannot check
801                  * freepointer while object is allocated.
802                  */
803                 return 1;
804
805         /* Check free pointer validity */
806         if (!check_valid_pointer(s, page, get_freepointer(s, p))) {
807                 object_err(s, page, p, "Freepointer corrupt");
808                 /*
809                  * No choice but to zap it and thus lose the remainder
810                  * of the free objects in this slab. May cause
811                  * another error because the object count is now wrong.
812                  */
813                 set_freepointer(s, p, NULL);
814                 return 0;
815         }
816         return 1;
817 }
818
819 static int check_slab(struct kmem_cache *s, struct page *page)
820 {
821         int maxobj;
822
823         VM_BUG_ON(!irqs_disabled());
824
825         if (!PageSlab(page)) {
826                 slab_err(s, page, "Not a valid slab page");
827                 return 0;
828         }
829
830         maxobj = order_objects(compound_order(page), s->size, s->reserved);
831         if (page->objects > maxobj) {
832                 slab_err(s, page, "objects %u > max %u",
833                         s->name, page->objects, maxobj);
834                 return 0;
835         }
836         if (page->inuse > page->objects) {
837                 slab_err(s, page, "inuse %u > max %u",
838                         s->name, page->inuse, page->objects);
839                 return 0;
840         }
841         /* Slab_pad_check fixes things up after itself */
842         slab_pad_check(s, page);
843         return 1;
844 }
845
846 /*
847  * Determine if a certain object on a page is on the freelist. Must hold the
848  * slab lock to guarantee that the chains are in a consistent state.
849  */
850 static int on_freelist(struct kmem_cache *s, struct page *page, void *search)
851 {
852         int nr = 0;
853         void *fp;
854         void *object = NULL;
855         unsigned long max_objects;
856
857         fp = page->freelist;
858         while (fp && nr <= page->objects) {
859                 if (fp == search)
860                         return 1;
861                 if (!check_valid_pointer(s, page, fp)) {
862                         if (object) {
863                                 object_err(s, page, object,
864                                         "Freechain corrupt");
865                                 set_freepointer(s, object, NULL);
866                                 break;
867                         } else {
868                                 slab_err(s, page, "Freepointer corrupt");
869                                 page->freelist = NULL;
870                                 page->inuse = page->objects;
871                                 slab_fix(s, "Freelist cleared");
872                                 return 0;
873                         }
874                         break;
875                 }
876                 object = fp;
877                 fp = get_freepointer(s, object);
878                 nr++;
879         }
880
881         max_objects = order_objects(compound_order(page), s->size, s->reserved);
882         if (max_objects > MAX_OBJS_PER_PAGE)
883                 max_objects = MAX_OBJS_PER_PAGE;
884
885         if (page->objects != max_objects) {
886                 slab_err(s, page, "Wrong number of objects. Found %d but "
887                         "should be %d", page->objects, max_objects);
888                 page->objects = max_objects;
889                 slab_fix(s, "Number of objects adjusted.");
890         }
891         if (page->inuse != page->objects - nr) {
892                 slab_err(s, page, "Wrong object count. Counter is %d but "
893                         "counted were %d", page->inuse, page->objects - nr);
894                 page->inuse = page->objects - nr;
895                 slab_fix(s, "Object count adjusted.");
896         }
897         return search == NULL;
898 }
899
900 static void trace(struct kmem_cache *s, struct page *page, void *object,
901                                                                 int alloc)
902 {
903         if (s->flags & SLAB_TRACE) {
904                 printk(KERN_INFO "TRACE %s %s 0x%p inuse=%d fp=0x%p\n",
905                         s->name,
906                         alloc ? "alloc" : "free",
907                         object, page->inuse,
908                         page->freelist);
909
910                 if (!alloc)
911                         print_section("Object ", (void *)object, s->object_size);
912
913                 dump_stack();
914         }
915 }
916
917 /*
918  * Hooks for other subsystems that check memory allocations. In a typical
919  * production configuration these hooks all should produce no code at all.
920  */
921 static inline int slab_pre_alloc_hook(struct kmem_cache *s, gfp_t flags)
922 {
923         flags &= gfp_allowed_mask;
924         lockdep_trace_alloc(flags);
925         might_sleep_if(flags & __GFP_WAIT);
926
927         return should_failslab(s->object_size, flags, s->flags);
928 }
929
930 static inline void slab_post_alloc_hook(struct kmem_cache *s, gfp_t flags, void *object)
931 {
932         flags &= gfp_allowed_mask;
933         kmemcheck_slab_alloc(s, flags, object, slab_ksize(s));
934         kmemleak_alloc_recursive(object, s->object_size, 1, s->flags, flags);
935 }
936
937 static inline void slab_free_hook(struct kmem_cache *s, void *x)
938 {
939         kmemleak_free_recursive(x, s->flags);
940
941         /*
942          * Trouble is that we may no longer disable interupts in the fast path
943          * So in order to make the debug calls that expect irqs to be
944          * disabled we need to disable interrupts temporarily.
945          */
946 #if defined(CONFIG_KMEMCHECK) || defined(CONFIG_LOCKDEP)
947         {
948                 unsigned long flags;
949
950                 local_irq_save(flags);
951                 kmemcheck_slab_free(s, x, s->object_size);
952                 debug_check_no_locks_freed(x, s->object_size);
953                 local_irq_restore(flags);
954         }
955 #endif
956         if (!(s->flags & SLAB_DEBUG_OBJECTS))
957                 debug_check_no_obj_freed(x, s->object_size);
958 }
959
960 /*
961  * Tracking of fully allocated slabs for debugging purposes.
962  *
963  * list_lock must be held.
964  */
965 static void add_full(struct kmem_cache *s,
966         struct kmem_cache_node *n, struct page *page)
967 {
968         if (!(s->flags & SLAB_STORE_USER))
969                 return;
970
971         list_add(&page->lru, &n->full);
972 }
973
974 /*
975  * list_lock must be held.
976  */
977 static void remove_full(struct kmem_cache *s, struct page *page)
978 {
979         if (!(s->flags & SLAB_STORE_USER))
980                 return;
981
982         list_del(&page->lru);
983 }
984
985 /* Tracking of the number of slabs for debugging purposes */
986 static inline unsigned long slabs_node(struct kmem_cache *s, int node)
987 {
988         struct kmem_cache_node *n = get_node(s, node);
989
990         return atomic_long_read(&n->nr_slabs);
991 }
992
993 static inline unsigned long node_nr_slabs(struct kmem_cache_node *n)
994 {
995         return atomic_long_read(&n->nr_slabs);
996 }
997
998 static inline void inc_slabs_node(struct kmem_cache *s, int node, int objects)
999 {
1000         struct kmem_cache_node *n = get_node(s, node);
1001
1002         /*
1003          * May be called early in order to allocate a slab for the
1004          * kmem_cache_node structure. Solve the chicken-egg
1005          * dilemma by deferring the increment of the count during
1006          * bootstrap (see early_kmem_cache_node_alloc).
1007          */
1008         if (n) {
1009                 atomic_long_inc(&n->nr_slabs);
1010                 atomic_long_add(objects, &n->total_objects);
1011         }
1012 }
1013 static inline void dec_slabs_node(struct kmem_cache *s, int node, int objects)
1014 {
1015         struct kmem_cache_node *n = get_node(s, node);
1016
1017         atomic_long_dec(&n->nr_slabs);
1018         atomic_long_sub(objects, &n->total_objects);
1019 }
1020
1021 /* Object debug checks for alloc/free paths */
1022 static void setup_object_debug(struct kmem_cache *s, struct page *page,
1023                                                                 void *object)
1024 {
1025         if (!(s->flags & (SLAB_STORE_USER|SLAB_RED_ZONE|__OBJECT_POISON)))
1026                 return;
1027
1028         init_object(s, object, SLUB_RED_INACTIVE);
1029         init_tracking(s, object);
1030 }
1031
1032 static noinline int alloc_debug_processing(struct kmem_cache *s, struct page *page,
1033                                         void *object, unsigned long addr)
1034 {
1035         if (!check_slab(s, page))
1036                 goto bad;
1037
1038         if (!check_valid_pointer(s, page, object)) {
1039                 object_err(s, page, object, "Freelist Pointer check fails");
1040                 goto bad;
1041         }
1042
1043         if (!check_object(s, page, object, SLUB_RED_INACTIVE))
1044                 goto bad;
1045
1046         /* Success perform special debug activities for allocs */
1047         if (s->flags & SLAB_STORE_USER)
1048                 set_track(s, object, TRACK_ALLOC, addr);
1049         trace(s, page, object, 1);
1050         init_object(s, object, SLUB_RED_ACTIVE);
1051         return 1;
1052
1053 bad:
1054         if (PageSlab(page)) {
1055                 /*
1056                  * If this is a slab page then lets do the best we can
1057                  * to avoid issues in the future. Marking all objects
1058                  * as used avoids touching the remaining objects.
1059                  */
1060                 slab_fix(s, "Marking all objects used");
1061                 page->inuse = page->objects;
1062                 page->freelist = NULL;
1063         }
1064         return 0;
1065 }
1066
1067 static noinline struct kmem_cache_node *free_debug_processing(
1068         struct kmem_cache *s, struct page *page, void *object,
1069         unsigned long addr, unsigned long *flags)
1070 {
1071         struct kmem_cache_node *n = get_node(s, page_to_nid(page));
1072
1073         spin_lock_irqsave(&n->list_lock, *flags);
1074         slab_lock(page);
1075
1076         if (!check_slab(s, page))
1077                 goto fail;
1078
1079         if (!check_valid_pointer(s, page, object)) {
1080                 slab_err(s, page, "Invalid object pointer 0x%p", object);
1081                 goto fail;
1082         }
1083
1084         if (on_freelist(s, page, object)) {
1085                 object_err(s, page, object, "Object already free");
1086                 goto fail;
1087         }
1088
1089         if (!check_object(s, page, object, SLUB_RED_ACTIVE))
1090                 goto out;
1091
1092         if (unlikely(s != page->slab_cache)) {
1093                 if (!PageSlab(page)) {
1094                         slab_err(s, page, "Attempt to free object(0x%p) "
1095                                 "outside of slab", object);
1096                 } else if (!page->slab_cache) {
1097                         printk(KERN_ERR
1098                                 "SLUB <none>: no slab for object 0x%p.\n",
1099                                                 object);
1100                         dump_stack();
1101                 } else
1102                         object_err(s, page, object,
1103                                         "page slab pointer corrupt.");
1104                 goto fail;
1105         }
1106
1107         if (s->flags & SLAB_STORE_USER)
1108                 set_track(s, object, TRACK_FREE, addr);
1109         trace(s, page, object, 0);
1110         init_object(s, object, SLUB_RED_INACTIVE);
1111 out:
1112         slab_unlock(page);
1113         /*
1114          * Keep node_lock to preserve integrity
1115          * until the object is actually freed
1116          */
1117         return n;
1118
1119 fail:
1120         slab_unlock(page);
1121         spin_unlock_irqrestore(&n->list_lock, *flags);
1122         slab_fix(s, "Object at 0x%p not freed", object);
1123         return NULL;
1124 }
1125
1126 static int __init setup_slub_debug(char *str)
1127 {
1128         slub_debug = DEBUG_DEFAULT_FLAGS;
1129         if (*str++ != '=' || !*str)
1130                 /*
1131                  * No options specified. Switch on full debugging.
1132                  */
1133                 goto out;
1134
1135         if (*str == ',')
1136                 /*
1137                  * No options but restriction on slabs. This means full
1138                  * debugging for slabs matching a pattern.
1139                  */
1140                 goto check_slabs;
1141
1142         if (tolower(*str) == 'o') {
1143                 /*
1144                  * Avoid enabling debugging on caches if its minimum order
1145                  * would increase as a result.
1146                  */
1147                 disable_higher_order_debug = 1;
1148                 goto out;
1149         }
1150
1151         slub_debug = 0;
1152         if (*str == '-')
1153                 /*
1154                  * Switch off all debugging measures.
1155                  */
1156                 goto out;
1157
1158         /*
1159          * Determine which debug features should be switched on
1160          */
1161         for (; *str && *str != ','; str++) {
1162                 switch (tolower(*str)) {
1163                 case 'f':
1164                         slub_debug |= SLAB_DEBUG_FREE;
1165                         break;
1166                 case 'z':
1167                         slub_debug |= SLAB_RED_ZONE;
1168                         break;
1169                 case 'p':
1170                         slub_debug |= SLAB_POISON;
1171                         break;
1172                 case 'u':
1173                         slub_debug |= SLAB_STORE_USER;
1174                         break;
1175                 case 't':
1176                         slub_debug |= SLAB_TRACE;
1177                         break;
1178                 case 'a':
1179                         slub_debug |= SLAB_FAILSLAB;
1180                         break;
1181                 default:
1182                         printk(KERN_ERR "slub_debug option '%c' "
1183                                 "unknown. skipped\n", *str);
1184                 }
1185         }
1186
1187 check_slabs:
1188         if (*str == ',')
1189                 slub_debug_slabs = str + 1;
1190 out:
1191         return 1;
1192 }
1193
1194 __setup("slub_debug", setup_slub_debug);
1195
1196 static unsigned long kmem_cache_flags(unsigned long object_size,
1197         unsigned long flags, const char *name,
1198         void (*ctor)(void *))
1199 {
1200         /*
1201          * Enable debugging if selected on the kernel commandline.
1202          */
1203         if (slub_debug && (!slub_debug_slabs ||
1204                 !strncmp(slub_debug_slabs, name, strlen(slub_debug_slabs))))
1205                 flags |= slub_debug;
1206
1207         return flags;
1208 }
1209 #else
1210 static inline void setup_object_debug(struct kmem_cache *s,
1211                         struct page *page, void *object) {}
1212
1213 static inline int alloc_debug_processing(struct kmem_cache *s,
1214         struct page *page, void *object, unsigned long addr) { return 0; }
1215
1216 static inline struct kmem_cache_node *free_debug_processing(
1217         struct kmem_cache *s, struct page *page, void *object,
1218         unsigned long addr, unsigned long *flags) { return NULL; }
1219
1220 static inline int slab_pad_check(struct kmem_cache *s, struct page *page)
1221                         { return 1; }
1222 static inline int check_object(struct kmem_cache *s, struct page *page,
1223                         void *object, u8 val) { return 1; }
1224 static inline void add_full(struct kmem_cache *s, struct kmem_cache_node *n,
1225                                         struct page *page) {}
1226 static inline void remove_full(struct kmem_cache *s, struct page *page) {}
1227 static inline unsigned long kmem_cache_flags(unsigned long object_size,
1228         unsigned long flags, const char *name,
1229         void (*ctor)(void *))
1230 {
1231         return flags;
1232 }
1233 #define slub_debug 0
1234
1235 #define disable_higher_order_debug 0
1236
1237 static inline unsigned long slabs_node(struct kmem_cache *s, int node)
1238                                                         { return 0; }
1239 static inline unsigned long node_nr_slabs(struct kmem_cache_node *n)
1240                                                         { return 0; }
1241 static inline void inc_slabs_node(struct kmem_cache *s, int node,
1242                                                         int objects) {}
1243 static inline void dec_slabs_node(struct kmem_cache *s, int node,
1244                                                         int objects) {}
1245
1246 static inline int slab_pre_alloc_hook(struct kmem_cache *s, gfp_t flags)
1247                                                         { return 0; }
1248
1249 static inline void slab_post_alloc_hook(struct kmem_cache *s, gfp_t flags,
1250                 void *object) {}
1251
1252 static inline void slab_free_hook(struct kmem_cache *s, void *x) {}
1253
1254 #endif /* CONFIG_SLUB_DEBUG */
1255
1256 /*
1257  * Slab allocation and freeing
1258  */
1259 static inline struct page *alloc_slab_page(gfp_t flags, int node,
1260                                         struct kmem_cache_order_objects oo)
1261 {
1262         int order = oo_order(oo);
1263
1264         flags |= __GFP_NOTRACK;
1265
1266         if (node == NUMA_NO_NODE)
1267                 return alloc_pages(flags, order);
1268         else
1269                 return alloc_pages_exact_node(node, flags, order);
1270 }
1271
1272 static struct page *allocate_slab(struct kmem_cache *s, gfp_t flags, int node)
1273 {
1274         struct page *page;
1275         struct kmem_cache_order_objects oo = s->oo;
1276         gfp_t alloc_gfp;
1277
1278         flags &= gfp_allowed_mask;
1279
1280         if (flags & __GFP_WAIT)
1281                 local_irq_enable();
1282
1283         flags |= s->allocflags;
1284
1285         /*
1286          * Let the initial higher-order allocation fail under memory pressure
1287          * so we fall-back to the minimum order allocation.
1288          */
1289         alloc_gfp = (flags | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY) & ~__GFP_NOFAIL;
1290
1291         page = alloc_slab_page(alloc_gfp, node, oo);
1292         if (unlikely(!page)) {
1293                 oo = s->min;
1294                 /*
1295                  * Allocation may have failed due to fragmentation.
1296                  * Try a lower order alloc if possible
1297                  */
1298                 page = alloc_slab_page(flags, node, oo);
1299
1300                 if (page)
1301                         stat(s, ORDER_FALLBACK);
1302         }
1303
1304         if (kmemcheck_enabled && page
1305                 && !(s->flags & (SLAB_NOTRACK | DEBUG_DEFAULT_FLAGS))) {
1306                 int pages = 1 << oo_order(oo);
1307
1308                 kmemcheck_alloc_shadow(page, oo_order(oo), flags, node);
1309
1310                 /*
1311                  * Objects from caches that have a constructor don't get
1312                  * cleared when they're allocated, so we need to do it here.
1313                  */
1314                 if (s->ctor)
1315                         kmemcheck_mark_uninitialized_pages(page, pages);
1316                 else
1317                         kmemcheck_mark_unallocated_pages(page, pages);
1318         }
1319
1320         if (flags & __GFP_WAIT)
1321                 local_irq_disable();
1322         if (!page)
1323                 return NULL;
1324
1325         page->objects = oo_objects(oo);
1326         mod_zone_page_state(page_zone(page),
1327                 (s->flags & SLAB_RECLAIM_ACCOUNT) ?
1328                 NR_SLAB_RECLAIMABLE : NR_SLAB_UNRECLAIMABLE,
1329                 1 << oo_order(oo));
1330
1331         return page;
1332 }
1333
1334 static void setup_object(struct kmem_cache *s, struct page *page,
1335                                 void *object)
1336 {
1337         setup_object_debug(s, page, object);
1338         if (unlikely(s->ctor))
1339                 s->ctor(object);
1340 }
1341
1342 static struct page *new_slab(struct kmem_cache *s, gfp_t flags, int node)
1343 {
1344         struct page *page;
1345         void *start;
1346         void *last;
1347         void *p;
1348         int order;
1349
1350         BUG_ON(flags & GFP_SLAB_BUG_MASK);
1351
1352         page = allocate_slab(s,
1353                 flags & (GFP_RECLAIM_MASK | GFP_CONSTRAINT_MASK), node);
1354         if (!page)
1355                 goto out;
1356
1357         order = compound_order(page);
1358         inc_slabs_node(s, page_to_nid(page), page->objects);
1359         memcg_bind_pages(s, order);
1360         page->slab_cache = s;
1361         __SetPageSlab(page);
1362         if (page->pfmemalloc)
1363                 SetPageSlabPfmemalloc(page);
1364
1365         start = page_address(page);
1366
1367         if (unlikely(s->flags & SLAB_POISON))
1368                 memset(start, POISON_INUSE, PAGE_SIZE << order);
1369
1370         last = start;
1371         for_each_object(p, s, start, page->objects) {
1372                 setup_object(s, page, last);
1373                 set_freepointer(s, last, p);
1374                 last = p;
1375         }
1376         setup_object(s, page, last);
1377         set_freepointer(s, last, NULL);
1378
1379         page->freelist = start;
1380         page->inuse = page->objects;
1381         page->frozen = 1;
1382 out:
1383         return page;
1384 }
1385
1386 static void __free_slab(struct kmem_cache *s, struct page *page)
1387 {
1388         int order = compound_order(page);
1389         int pages = 1 << order;
1390
1391         if (kmem_cache_debug(s)) {
1392                 void *p;
1393
1394                 slab_pad_check(s, page);
1395                 for_each_object(p, s, page_address(page),
1396                                                 page->objects)
1397                         check_object(s, page, p, SLUB_RED_INACTIVE);
1398         }
1399
1400         kmemcheck_free_shadow(page, compound_order(page));
1401
1402         mod_zone_page_state(page_zone(page),
1403                 (s->flags & SLAB_RECLAIM_ACCOUNT) ?
1404                 NR_SLAB_RECLAIMABLE : NR_SLAB_UNRECLAIMABLE,
1405                 -pages);
1406
1407         __ClearPageSlabPfmemalloc(page);
1408         __ClearPageSlab(page);
1409
1410         memcg_release_pages(s, order);
1411         reset_page_mapcount(page);
1412         if (current->reclaim_state)
1413                 current->reclaim_state->reclaimed_slab += pages;
1414         __free_memcg_kmem_pages(page, order);
1415 }
1416
1417 #define need_reserve_slab_rcu                                           \
1418         (sizeof(((struct page *)NULL)->lru) < sizeof(struct rcu_head))
1419
1420 static void rcu_free_slab(struct rcu_head *h)
1421 {
1422         struct page *page;
1423
1424         if (need_reserve_slab_rcu)
1425                 page = virt_to_head_page(h);
1426         else
1427                 page = container_of((struct list_head *)h, struct page, lru);
1428
1429         __free_slab(page->slab_cache, page);
1430 }
1431
1432 static void free_slab(struct kmem_cache *s, struct page *page)
1433 {
1434         if (unlikely(s->flags & SLAB_DESTROY_BY_RCU)) {
1435                 struct rcu_head *head;
1436
1437                 if (need_reserve_slab_rcu) {
1438                         int order = compound_order(page);
1439                         int offset = (PAGE_SIZE << order) - s->reserved;
1440
1441                         VM_BUG_ON(s->reserved != sizeof(*head));
1442                         head = page_address(page) + offset;
1443                 } else {
1444                         /*
1445                          * RCU free overloads the RCU head over the LRU
1446                          */
1447                         head = (void *)&page->lru;
1448                 }
1449
1450                 call_rcu(head, rcu_free_slab);
1451         } else
1452                 __free_slab(s, page);
1453 }
1454
1455 static void discard_slab(struct kmem_cache *s, struct page *page)
1456 {
1457         dec_slabs_node(s, page_to_nid(page), page->objects);
1458         free_slab(s, page);
1459 }
1460
1461 /*
1462  * Management of partially allocated slabs.
1463  *
1464  * list_lock must be held.
1465  */
1466 static inline void add_partial(struct kmem_cache_node *n,
1467                                 struct page *page, int tail)
1468 {
1469         n->nr_partial++;
1470         if (tail == DEACTIVATE_TO_TAIL)
1471                 list_add_tail(&page->lru, &n->partial);
1472         else
1473                 list_add(&page->lru, &n->partial);
1474 }
1475
1476 /*
1477  * list_lock must be held.
1478  */
1479 static inline void remove_partial(struct kmem_cache_node *n,
1480                                         struct page *page)
1481 {
1482         list_del(&page->lru);
1483         n->nr_partial--;
1484 }
1485
1486 /*
1487  * Remove slab from the partial list, freeze it and
1488  * return the pointer to the freelist.
1489  *
1490  * Returns a list of objects or NULL if it fails.
1491  *
1492  * Must hold list_lock since we modify the partial list.
1493  */
1494 static inline void *acquire_slab(struct kmem_cache *s,
1495                 struct kmem_cache_node *n, struct page *page,
1496                 int mode)
1497 {
1498         void *freelist;
1499         unsigned long counters;
1500         struct page new;
1501
1502         /*
1503          * Zap the freelist and set the frozen bit.
1504          * The old freelist is the list of objects for the
1505          * per cpu allocation list.
1506          */
1507         freelist = page->freelist;
1508         counters = page->counters;
1509         new.counters = counters;
1510         if (mode) {
1511                 new.inuse = page->objects;
1512                 new.freelist = NULL;
1513         } else {
1514                 new.freelist = freelist;
1515         }
1516
1517         VM_BUG_ON(new.frozen);
1518         new.frozen = 1;
1519
1520         if (!__cmpxchg_double_slab(s, page,
1521                         freelist, counters,
1522                         new.freelist, new.counters,
1523                         "acquire_slab"))
1524                 return NULL;
1525
1526         remove_partial(n, page);
1527         WARN_ON(!freelist);
1528         return freelist;
1529 }
1530
1531 static int put_cpu_partial(struct kmem_cache *s, struct page *page, int drain);
1532 static inline bool pfmemalloc_match(struct page *page, gfp_t gfpflags);
1533
1534 /*
1535  * Try to allocate a partial slab from a specific node.
1536  */
1537 static void *get_partial_node(struct kmem_cache *s, struct kmem_cache_node *n,
1538                                 struct kmem_cache_cpu *c, gfp_t flags)
1539 {
1540         struct page *page, *page2;
1541         void *object = NULL;
1542
1543         /*
1544          * Racy check. If we mistakenly see no partial slabs then we
1545          * just allocate an empty slab. If we mistakenly try to get a
1546          * partial slab and there is none available then get_partials()
1547          * will return NULL.
1548          */
1549         if (!n || !n->nr_partial)
1550                 return NULL;
1551
1552         spin_lock(&n->list_lock);
1553         list_for_each_entry_safe(page, page2, &n->partial, lru) {
1554                 void *t;
1555                 int available;
1556
1557                 if (!pfmemalloc_match(page, flags))
1558                         continue;
1559
1560                 t = acquire_slab(s, n, page, object == NULL);
1561                 if (!t)
1562                         break;
1563
1564                 if (!object) {
1565                         c->page = page;
1566                         stat(s, ALLOC_FROM_PARTIAL);
1567                         object = t;
1568                         available =  page->objects - page->inuse;
1569                 } else {
1570                         available = put_cpu_partial(s, page, 0);
1571                         stat(s, CPU_PARTIAL_NODE);
1572                 }
1573                 if (kmem_cache_debug(s) || available > s->cpu_partial / 2)
1574                         break;
1575
1576         }
1577         spin_unlock(&n->list_lock);
1578         return object;
1579 }
1580
1581 /*
1582  * Get a page from somewhere. Search in increasing NUMA distances.
1583  */
1584 static void *get_any_partial(struct kmem_cache *s, gfp_t flags,
1585                 struct kmem_cache_cpu *c)
1586 {
1587 #ifdef CONFIG_NUMA
1588         struct zonelist *zonelist;
1589         struct zoneref *z;
1590         struct zone *zone;
1591         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(flags);
1592         void *object;
1593         unsigned int cpuset_mems_cookie;
1594
1595         /*
1596          * The defrag ratio allows a configuration of the tradeoffs between
1597          * inter node defragmentation and node local allocations. A lower
1598          * defrag_ratio increases the tendency to do local allocations
1599          * instead of attempting to obtain partial slabs from other nodes.
1600          *
1601          * If the defrag_ratio is set to 0 then kmalloc() always
1602          * returns node local objects. If the ratio is higher then kmalloc()
1603          * may return off node objects because partial slabs are obtained
1604          * from other nodes and filled up.
1605          *
1606          * If /sys/kernel/slab/xx/defrag_ratio is set to 100 (which makes
1607          * defrag_ratio = 1000) then every (well almost) allocation will
1608          * first attempt to defrag slab caches on other nodes. This means
1609          * scanning over all nodes to look for partial slabs which may be
1610          * expensive if we do it every time we are trying to find a slab
1611          * with available objects.
1612          */
1613         if (!s->remote_node_defrag_ratio ||
1614                         get_cycles() % 1024 > s->remote_node_defrag_ratio)
1615                 return NULL;
1616
1617         do {
1618                 cpuset_mems_cookie = get_mems_allowed();
1619                 zonelist = node_zonelist(slab_node(), flags);
1620                 for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, high_zoneidx) {
1621                         struct kmem_cache_node *n;
1622
1623                         n = get_node(s, zone_to_nid(zone));
1624
1625                         if (n && cpuset_zone_allowed_hardwall(zone, flags) &&
1626                                         n->nr_partial > s->min_partial) {
1627                                 object = get_partial_node(s, n, c, flags);
1628                                 if (object) {
1629                                         /*
1630                                          * Return the object even if
1631                                          * put_mems_allowed indicated that
1632                                          * the cpuset mems_allowed was
1633                                          * updated in parallel. It's a
1634                                          * harmless race between the alloc
1635                                          * and the cpuset update.
1636                                          */
1637                                         put_mems_allowed(cpuset_mems_cookie);
1638                                         return object;
1639                                 }
1640                         }
1641                 }
1642         } while (!put_mems_allowed(cpuset_mems_cookie));
1643 #endif
1644         return NULL;
1645 }
1646
1647 /*
1648  * Get a partial page, lock it and return it.
1649  */
1650 static void *get_partial(struct kmem_cache *s, gfp_t flags, int node,
1651                 struct kmem_cache_cpu *c)
1652 {
1653         void *object;
1654         int searchnode = (node == NUMA_NO_NODE) ? numa_node_id() : node;
1655
1656         object = get_partial_node(s, get_node(s, searchnode), c, flags);
1657         if (object || node != NUMA_NO_NODE)
1658                 return object;
1659
1660         return get_any_partial(s, flags, c);
1661 }
1662
1663 #ifdef CONFIG_PREEMPT
1664 /*
1665  * Calculate the next globally unique transaction for disambiguiation
1666  * during cmpxchg. The transactions start with the cpu number and are then
1667  * incremented by CONFIG_NR_CPUS.
1668  */
1669 #define TID_STEP  roundup_pow_of_two(CONFIG_NR_CPUS)
1670 #else
1671 /*
1672  * No preemption supported therefore also no need to check for
1673  * different cpus.
1674  */
1675 #define TID_STEP 1
1676 #endif
1677
1678 static inline unsigned long next_tid(unsigned long tid)
1679 {
1680         return tid + TID_STEP;
1681 }
1682
1683 static inline unsigned int tid_to_cpu(unsigned long tid)
1684 {
1685         return tid % TID_STEP;
1686 }
1687
1688 static inline unsigned long tid_to_event(unsigned long tid)
1689 {
1690         return tid / TID_STEP;
1691 }
1692
1693 static inline unsigned int init_tid(int cpu)
1694 {
1695         return cpu;
1696 }
1697
1698 static inline void note_cmpxchg_failure(const char *n,
1699                 const struct kmem_cache *s, unsigned long tid)
1700 {
1701 #ifdef SLUB_DEBUG_CMPXCHG
1702         unsigned long actual_tid = __this_cpu_read(s->cpu_slab->tid);
1703
1704         printk(KERN_INFO "%s %s: cmpxchg redo ", n, s->name);
1705
1706 #ifdef CONFIG_PREEMPT
1707         if (tid_to_cpu(tid) != tid_to_cpu(actual_tid))
1708                 printk("due to cpu change %d -> %d\n",
1709                         tid_to_cpu(tid), tid_to_cpu(actual_tid));
1710         else
1711 #endif
1712         if (tid_to_event(tid) != tid_to_event(actual_tid))
1713                 printk("due to cpu running other code. Event %ld->%ld\n",
1714                         tid_to_event(tid), tid_to_event(actual_tid));
1715         else
1716                 printk("for unknown reason: actual=%lx was=%lx target=%lx\n",
1717                         actual_tid, tid, next_tid(tid));
1718 #endif
1719         stat(s, CMPXCHG_DOUBLE_CPU_FAIL);
1720 }
1721
1722 static void init_kmem_cache_cpus(struct kmem_cache *s)
1723 {
1724         int cpu;
1725
1726         for_each_possible_cpu(cpu)
1727                 per_cpu_ptr(s->cpu_slab, cpu)->tid = init_tid(cpu);
1728 }
1729
1730 /*
1731  * Remove the cpu slab
1732  */
1733 static void deactivate_slab(struct kmem_cache *s, struct page *page, void *freelist)
1734 {
1735         enum slab_modes { M_NONE, M_PARTIAL, M_FULL, M_FREE };
1736         struct kmem_cache_node *n = get_node(s, page_to_nid(page));
1737         int lock = 0;
1738         enum slab_modes l = M_NONE, m = M_NONE;
1739         void *nextfree;
1740         int tail = DEACTIVATE_TO_HEAD;
1741         struct page new;
1742         struct page old;
1743
1744         if (page->freelist) {
1745                 stat(s, DEACTIVATE_REMOTE_FREES);
1746                 tail = DEACTIVATE_TO_TAIL;
1747         }
1748
1749         /*
1750          * Stage one: Free all available per cpu objects back
1751          * to the page freelist while it is still frozen. Leave the
1752          * last one.
1753          *
1754          * There is no need to take the list->lock because the page
1755          * is still frozen.
1756          */
1757         while (freelist && (nextfree = get_freepointer(s, freelist))) {
1758                 void *prior;
1759                 unsigned long counters;
1760
1761                 do {
1762                         prior = page->freelist;
1763                         counters = page->counters;
1764                         set_freepointer(s, freelist, prior);
1765                         new.counters = counters;
1766                         new.inuse--;
1767                         VM_BUG_ON(!new.frozen);
1768
1769                 } while (!__cmpxchg_double_slab(s, page,
1770                         prior, counters,
1771                         freelist, new.counters,
1772                         "drain percpu freelist"));
1773
1774                 freelist = nextfree;
1775         }
1776
1777         /*
1778          * Stage two: Ensure that the page is unfrozen while the
1779          * list presence reflects the actual number of objects
1780          * during unfreeze.
1781          *
1782          * We setup the list membership and then perform a cmpxchg
1783          * with the count. If there is a mismatch then the page
1784          * is not unfrozen but the page is on the wrong list.
1785          *
1786          * Then we restart the process which may have to remove
1787          * the page from the list that we just put it on again
1788          * because the number of objects in the slab may have
1789          * changed.
1790          */
1791 redo:
1792
1793         old.freelist = page->freelist;
1794         old.counters = page->counters;
1795         VM_BUG_ON(!old.frozen);
1796
1797         /* Determine target state of the slab */
1798         new.counters = old.counters;
1799         if (freelist) {
1800                 new.inuse--;
1801                 set_freepointer(s, freelist, old.freelist);
1802                 new.freelist = freelist;
1803         } else
1804                 new.freelist = old.freelist;
1805
1806         new.frozen = 0;
1807
1808         if (!new.inuse && n->nr_partial > s->min_partial)
1809                 m = M_FREE;
1810         else if (new.freelist) {
1811                 m = M_PARTIAL;
1812                 if (!lock) {
1813                         lock = 1;
1814                         /*
1815                          * Taking the spinlock removes the possiblity
1816                          * that acquire_slab() will see a slab page that
1817                          * is frozen
1818                          */
1819                         spin_lock(&n->list_lock);
1820                 }
1821         } else {
1822                 m = M_FULL;
1823                 if (kmem_cache_debug(s) && !lock) {
1824                         lock = 1;
1825                         /*
1826                          * This also ensures that the scanning of full
1827                          * slabs from diagnostic functions will not see
1828                          * any frozen slabs.
1829                          */
1830                         spin_lock(&n->list_lock);
1831                 }
1832         }
1833
1834         if (l != m) {
1835
1836                 if (l == M_PARTIAL)
1837
1838                         remove_partial(n, page);
1839
1840                 else if (l == M_FULL)
1841
1842                         remove_full(s, page);
1843
1844                 if (m == M_PARTIAL) {
1845
1846                         add_partial(n, page, tail);
1847                         stat(s, tail);
1848
1849                 } else if (m == M_FULL) {
1850
1851                         stat(s, DEACTIVATE_FULL);
1852                         add_full(s, n, page);
1853
1854                 }
1855         }
1856
1857         l = m;
1858         if (!__cmpxchg_double_slab(s, page,
1859                                 old.freelist, old.counters,
1860                                 new.freelist, new.counters,
1861                                 "unfreezing slab"))
1862                 goto redo;
1863
1864         if (lock)
1865                 spin_unlock(&n->list_lock);
1866
1867         if (m == M_FREE) {
1868                 stat(s, DEACTIVATE_EMPTY);
1869                 discard_slab(s, page);
1870                 stat(s, FREE_SLAB);
1871         }
1872 }
1873
1874 /*
1875  * Unfreeze all the cpu partial slabs.
1876  *
1877  * This function must be called with interrupts disabled
1878  * for the cpu using c (or some other guarantee must be there
1879  * to guarantee no concurrent accesses).
1880  */
1881 static void unfreeze_partials(struct kmem_cache *s,
1882                 struct kmem_cache_cpu *c)
1883 {
1884         struct kmem_cache_node *n = NULL, *n2 = NULL;
1885         struct page *page, *discard_page = NULL;
1886
1887         while ((page = c->partial)) {
1888                 struct page new;
1889                 struct page old;
1890
1891                 c->partial = page->next;
1892
1893                 n2 = get_node(s, page_to_nid(page));
1894                 if (n != n2) {
1895                         if (n)
1896                                 spin_unlock(&n->list_lock);
1897
1898                         n = n2;
1899                         spin_lock(&n->list_lock);
1900                 }
1901
1902                 do {
1903
1904                         old.freelist = page->freelist;
1905                         old.counters = page->counters;
1906                         VM_BUG_ON(!old.frozen);
1907
1908                         new.counters = old.counters;
1909                         new.freelist = old.freelist;
1910
1911                         new.frozen = 0;
1912
1913                 } while (!__cmpxchg_double_slab(s, page,
1914                                 old.freelist, old.counters,
1915                                 new.freelist, new.counters,
1916                                 "unfreezing slab"));
1917
1918                 if (unlikely(!new.inuse && n->nr_partial > s->min_partial)) {
1919                         page->next = discard_page;
1920                         discard_page = page;
1921                 } else {
1922                         add_partial(n, page, DEACTIVATE_TO_TAIL);
1923                         stat(s, FREE_ADD_PARTIAL);
1924                 }
1925         }
1926
1927         if (n)
1928                 spin_unlock(&n->list_lock);
1929
1930         while (discard_page) {
1931                 page = discard_page;
1932                 discard_page = discard_page->next;
1933
1934                 stat(s, DEACTIVATE_EMPTY);
1935                 discard_slab(s, page);
1936                 stat(s, FREE_SLAB);
1937         }
1938 }
1939
1940 /*
1941  * Put a page that was just frozen (in __slab_free) into a partial page
1942  * slot if available. This is done without interrupts disabled and without
1943  * preemption disabled. The cmpxchg is racy and may put the partial page
1944  * onto a random cpus partial slot.
1945  *
1946  * If we did not find a slot then simply move all the partials to the
1947  * per node partial list.
1948  */
1949 static int put_cpu_partial(struct kmem_cache *s, struct page *page, int drain)
1950 {
1951         struct page *oldpage;
1952         int pages;
1953         int pobjects;
1954
1955         do {
1956                 pages = 0;
1957                 pobjects = 0;
1958                 oldpage = this_cpu_read(s->cpu_slab->partial);
1959
1960                 if (oldpage) {
1961                         pobjects = oldpage->pobjects;
1962                         pages = oldpage->pages;
1963                         if (drain && pobjects > s->cpu_partial) {
1964                                 unsigned long flags;
1965                                 /*
1966                                  * partial array is full. Move the existing
1967                                  * set to the per node partial list.
1968                                  */
1969                                 local_irq_save(flags);
1970                                 unfreeze_partials(s, this_cpu_ptr(s->cpu_slab));
1971                                 local_irq_restore(flags);
1972                                 oldpage = NULL;
1973                                 pobjects = 0;
1974                                 pages = 0;
1975                                 stat(s, CPU_PARTIAL_DRAIN);
1976                         }
1977                 }
1978
1979                 pages++;
1980                 pobjects += page->objects - page->inuse;
1981
1982                 page->pages = pages;
1983                 page->pobjects = pobjects;
1984                 page->next = oldpage;
1985
1986         } while (this_cpu_cmpxchg(s->cpu_slab->partial, oldpage, page) != oldpage);
1987         return pobjects;
1988 }
1989
1990 static inline void flush_slab(struct kmem_cache *s, struct kmem_cache_cpu *c)
1991 {
1992         stat(s, CPUSLAB_FLUSH);
1993         deactivate_slab(s, c->page, c->freelist);
1994
1995         c->tid = next_tid(c->tid);
1996         c->page = NULL;
1997         c->freelist = NULL;
1998 }
1999
2000 /*
2001  * Flush cpu slab.
2002  *
2003  * Called from IPI handler with interrupts disabled.
2004  */
2005 static inline void __flush_cpu_slab(struct kmem_cache *s, int cpu)
2006 {
2007         struct kmem_cache_cpu *c = per_cpu_ptr(s->cpu_slab, cpu);
2008
2009         if (likely(c)) {
2010                 if (c->page)
2011                         flush_slab(s, c);
2012
2013                 unfreeze_partials(s, c);
2014         }
2015 }
2016
2017 static void flush_cpu_slab(void *d)
2018 {
2019         struct kmem_cache *s = d;
2020
2021         __flush_cpu_slab(s, smp_processor_id());
2022 }
2023
2024 static bool has_cpu_slab(int cpu, void *info)
2025 {
2026         struct kmem_cache *s = info;
2027         struct kmem_cache_cpu *c = per_cpu_ptr(s->cpu_slab, cpu);
2028
2029         return c->page || c->partial;
2030 }
2031
2032 static void flush_all(struct kmem_cache *s)
2033 {
2034         on_each_cpu_cond(has_cpu_slab, flush_cpu_slab, s, 1, GFP_ATOMIC);
2035 }
2036
2037 /*
2038  * Check if the objects in a per cpu structure fit numa
2039  * locality expectations.
2040  */
2041 static inline int node_match(struct page *page, int node)
2042 {
2043 #ifdef CONFIG_NUMA
2044         if (node != NUMA_NO_NODE && page_to_nid(page) != node)
2045                 return 0;
2046 #endif
2047         return 1;
2048 }
2049
2050 static int count_free(struct page *page)
2051 {
2052         return page->objects - page->inuse;
2053 }
2054
2055 static unsigned long count_partial(struct kmem_cache_node *n,
2056                                         int (*get_count)(struct page *))
2057 {
2058         unsigned long flags;
2059         unsigned long x = 0;
2060         struct page *page;
2061
2062         spin_lock_irqsave(&n->list_lock, flags);
2063         list_for_each_entry(page, &n->partial, lru)
2064                 x += get_count(page);
2065         spin_unlock_irqrestore(&n->list_lock, flags);
2066         return x;
2067 }
2068
2069 static inline unsigned long node_nr_objs(struct kmem_cache_node *n)
2070 {
2071 #ifdef CONFIG_SLUB_DEBUG
2072         return atomic_long_read(&n->total_objects);
2073 #else
2074         return 0;
2075 #endif
2076 }
2077
2078 static noinline void
2079 slab_out_of_memory(struct kmem_cache *s, gfp_t gfpflags, int nid)
2080 {
2081         int node;
2082
2083         printk(KERN_WARNING
2084                 "SLUB: Unable to allocate memory on node %d (gfp=0x%x)\n",
2085                 nid, gfpflags);
2086         printk(KERN_WARNING "  cache: %s, object size: %d, buffer size: %d, "
2087                 "default order: %d, min order: %d\n", s->name, s->object_size,
2088                 s->size, oo_order(s->oo), oo_order(s->min));
2089
2090         if (oo_order(s->min) > get_order(s->object_size))
2091                 printk(KERN_WARNING "  %s debugging increased min order, use "
2092                        "slub_debug=O to disable.\n", s->name);
2093
2094         for_each_online_node(node) {
2095                 struct kmem_cache_node *n = get_node(s, node);
2096                 unsigned long nr_slabs;
2097                 unsigned long nr_objs;
2098                 unsigned long nr_free;
2099
2100                 if (!n)
2101                         continue;
2102
2103                 nr_free  = count_partial(n, count_free);
2104                 nr_slabs = node_nr_slabs(n);
2105                 nr_objs  = node_nr_objs(n);
2106
2107                 printk(KERN_WARNING
2108                         "  node %d: slabs: %ld, objs: %ld, free: %ld\n",
2109                         node, nr_slabs, nr_objs, nr_free);
2110         }
2111 }
2112
2113 static inline void *new_slab_objects(struct kmem_cache *s, gfp_t flags,
2114                         int node, struct kmem_cache_cpu **pc)
2115 {
2116         void *freelist;
2117         struct kmem_cache_cpu *c = *pc;
2118         struct page *page;
2119
2120         freelist = get_partial(s, flags, node, c);
2121
2122         if (freelist)
2123                 return freelist;
2124
2125         page = new_slab(s, flags, node);
2126         if (page) {
2127                 c = __this_cpu_ptr(s->cpu_slab);
2128                 if (c->page)
2129                         flush_slab(s, c);
2130
2131                 /*
2132                  * No other reference to the page yet so we can
2133                  * muck around with it freely without cmpxchg
2134                  */
2135                 freelist = page->freelist;
2136                 page->freelist = NULL;
2137
2138                 stat(s, ALLOC_SLAB);
2139                 c->page = page;
2140                 *pc = c;
2141         } else
2142                 freelist = NULL;
2143
2144         return freelist;
2145 }
2146
2147 static inline bool pfmemalloc_match(struct page *page, gfp_t gfpflags)
2148 {
2149         if (unlikely(PageSlabPfmemalloc(page)))
2150                 return gfp_pfmemalloc_allowed(gfpflags);
2151
2152         return true;
2153 }
2154
2155 /*
2156  * Check the page->freelist of a page and either transfer the freelist to the per cpu freelist
2157  * or deactivate the page.
2158  *
2159  * The page is still frozen if the return value is not NULL.
2160  *
2161  * If this function returns NULL then the page has been unfrozen.
2162  *
2163  * This function must be called with interrupt disabled.
2164  */
2165 static inline void *get_freelist(struct kmem_cache *s, struct page *page)
2166 {
2167         struct page new;
2168         unsigned long counters;
2169         void *freelist;
2170
2171         do {
2172                 freelist = page->freelist;
2173                 counters = page->counters;
2174
2175                 new.counters = counters;
2176                 VM_BUG_ON(!new.frozen);
2177
2178                 new.inuse = page->objects;
2179                 new.frozen = freelist != NULL;
2180
2181         } while (!__cmpxchg_double_slab(s, page,
2182                 freelist, counters,
2183                 NULL, new.counters,
2184                 "get_freelist"));
2185
2186         return freelist;
2187 }
2188
2189 /*
2190  * Slow path. The lockless freelist is empty or we need to perform
2191  * debugging duties.
2192  *
2193  * Processing is still very fast if new objects have been freed to the
2194  * regular freelist. In that case we simply take over the regular freelist
2195  * as the lockless freelist and zap the regular freelist.
2196  *
2197  * If that is not working then we fall back to the partial lists. We take the
2198  * first element of the freelist as the object to allocate now and move the
2199  * rest of the freelist to the lockless freelist.
2200  *
2201  * And if we were unable to get a new slab from the partial slab lists then
2202  * we need to allocate a new slab. This is the slowest path since it involves
2203  * a call to the page allocator and the setup of a new slab.
2204  */
2205 static void *__slab_alloc(struct kmem_cache *s, gfp_t gfpflags, int node,
2206                           unsigned long addr, struct kmem_cache_cpu *c)
2207 {
2208         void *freelist;
2209         struct page *page;
2210         unsigned long flags;
2211
2212         local_irq_save(flags);
2213 #ifdef CONFIG_PREEMPT
2214         /*
2215          * We may have been preempted and rescheduled on a different
2216          * cpu before disabling interrupts. Need to reload cpu area
2217          * pointer.
2218          */
2219         c = this_cpu_ptr(s->cpu_slab);
2220 #endif
2221
2222         page = c->page;
2223         if (!page)
2224                 goto new_slab;
2225 redo:
2226
2227         if (unlikely(!node_match(page, node))) {
2228                 stat(s, ALLOC_NODE_MISMATCH);
2229                 deactivate_slab(s, page, c->freelist);
2230                 c->page = NULL;
2231                 c->freelist = NULL;
2232                 goto new_slab;
2233         }
2234
2235         /*
2236          * By rights, we should be searching for a slab page that was
2237          * PFMEMALLOC but right now, we are losing the pfmemalloc
2238          * information when the page leaves the per-cpu allocator
2239          */
2240         if (unlikely(!pfmemalloc_match(page, gfpflags))) {
2241                 deactivate_slab(s, page, c->freelist);
2242                 c->page = NULL;
2243                 c->freelist = NULL;
2244                 goto new_slab;
2245         }
2246
2247         /* must check again c->freelist in case of cpu migration or IRQ */
2248         freelist = c->freelist;
2249         if (freelist)
2250                 goto load_freelist;
2251
2252         stat(s, ALLOC_SLOWPATH);
2253
2254         freelist = get_freelist(s, page);
2255
2256         if (!freelist) {
2257                 c->page = NULL;
2258                 stat(s, DEACTIVATE_BYPASS);
2259                 goto new_slab;
2260         }
2261
2262         stat(s, ALLOC_REFILL);
2263
2264 load_freelist:
2265         /*
2266          * freelist is pointing to the list of objects to be used.
2267          * page is pointing to the page from which the objects are obtained.
2268          * That page must be frozen for per cpu allocations to work.
2269          */
2270         VM_BUG_ON(!c->page->frozen);
2271         c->freelist = get_freepointer(s, freelist);
2272         c->tid = next_tid(c->tid);
2273         local_irq_restore(flags);
2274         return freelist;
2275
2276 new_slab:
2277
2278         if (c->partial) {
2279                 page = c->page = c->partial;
2280                 c->partial = page->next;
2281                 stat(s, CPU_PARTIAL_ALLOC);
2282                 c->freelist = NULL;
2283                 goto redo;
2284         }
2285
2286         freelist = new_slab_objects(s, gfpflags, node, &c);
2287
2288         if (unlikely(!freelist)) {
2289                 if (!(gfpflags & __GFP_NOWARN) && printk_ratelimit())
2290                         slab_out_of_memory(s, gfpflags, node);
2291
2292                 local_irq_restore(flags);
2293                 return NULL;
2294         }
2295
2296         page = c->page;
2297         if (likely(!kmem_cache_debug(s) && pfmemalloc_match(page, gfpflags)))
2298                 goto load_freelist;
2299
2300         /* Only entered in the debug case */
2301         if (kmem_cache_debug(s) && !alloc_debug_processing(s, page, freelist, addr))
2302                 goto new_slab;  /* Slab failed checks. Next slab needed */
2303
2304         deactivate_slab(s, page, get_freepointer(s, freelist));
2305         c->page = NULL;
2306         c->freelist = NULL;
2307         local_irq_restore(flags);
2308         return freelist;
2309 }
2310
2311 /*
2312  * Inlined fastpath so that allocation functions (kmalloc, kmem_cache_alloc)
2313  * have the fastpath folded into their functions. So no function call
2314  * overhead for requests that can be satisfied on the fastpath.
2315  *
2316  * The fastpath works by first checking if the lockless freelist can be used.
2317  * If not then __slab_alloc is called for slow processing.
2318  *
2319  * Otherwise we can simply pick the next object from the lockless free list.
2320  */
2321 static __always_inline void *slab_alloc_node(struct kmem_cache *s,
2322                 gfp_t gfpflags, int node, unsigned long addr)
2323 {
2324         void **object;
2325         struct kmem_cache_cpu *c;
2326         struct page *page;
2327         unsigned long tid;
2328
2329         if (slab_pre_alloc_hook(s, gfpflags))
2330                 return NULL;
2331
2332         s = memcg_kmem_get_cache(s, gfpflags);
2333 redo:
2334
2335         /*
2336          * Must read kmem_cache cpu data via this cpu ptr. Preemption is
2337          * enabled. We may switch back and forth between cpus while
2338          * reading from one cpu area. That does not matter as long
2339          * as we end up on the original cpu again when doing the cmpxchg.
2340          */
2341         c = __this_cpu_ptr(s->cpu_slab);
2342
2343         /*
2344          * The transaction ids are globally unique per cpu and per operation on
2345          * a per cpu queue. Thus they can be guarantee that the cmpxchg_double
2346          * occurs on the right processor and that there was no operation on the
2347          * linked list in between.
2348          */
2349         tid = c->tid;
2350         barrier();
2351
2352         object = c->freelist;
2353         page = c->page;
2354         if (unlikely(!object || !node_match(page, node)))
2355                 object = __slab_alloc(s, gfpflags, node, addr, c);
2356
2357         else {
2358                 void *next_object = get_freepointer_safe(s, object);
2359
2360                 /*
2361                  * The cmpxchg will only match if there was no additional
2362                  * operation and if we are on the right processor.
2363                  *
2364                  * The cmpxchg does the following atomically (without lock semantics!)
2365                  * 1. Relocate first pointer to the current per cpu area.
2366                  * 2. Verify that tid and freelist have not been changed
2367                  * 3. If they were not changed replace tid and freelist
2368                  *
2369                  * Since this is without lock semantics the protection is only against
2370                  * code executing on this cpu *not* from access by other cpus.
2371                  */
2372                 if (unlikely(!this_cpu_cmpxchg_double(
2373                                 s->cpu_slab->freelist, s->cpu_slab->tid,
2374                                 object, tid,
2375                                 next_object, next_tid(tid)))) {
2376
2377                         note_cmpxchg_failure("slab_alloc", s, tid);
2378                         goto redo;
2379                 }
2380                 prefetch_freepointer(s, next_object);
2381                 stat(s, ALLOC_FASTPATH);
2382         }
2383
2384         if (unlikely(gfpflags & __GFP_ZERO) && object)
2385                 memset(object, 0, s->object_size);
2386
2387         slab_post_alloc_hook(s, gfpflags, object);
2388
2389         return object;
2390 }
2391
2392 static __always_inline void *slab_alloc(struct kmem_cache *s,
2393                 gfp_t gfpflags, unsigned long addr)
2394 {
2395         return slab_alloc_node(s, gfpflags, NUMA_NO_NODE, addr);
2396 }
2397
2398 void *kmem_cache_alloc(struct kmem_cache *s, gfp_t gfpflags)
2399 {
2400         void *ret = slab_alloc(s, gfpflags, _RET_IP_);
2401
2402         trace_kmem_cache_alloc(_RET_IP_, ret, s->object_size, s->size, gfpflags);
2403
2404         return ret;
2405 }
2406 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_alloc);
2407
2408 #ifdef CONFIG_TRACING
2409 void *kmem_cache_alloc_trace(struct kmem_cache *s, gfp_t gfpflags, size_t size)
2410 {
2411         void *ret = slab_alloc(s, gfpflags, _RET_IP_);
2412         trace_kmalloc(_RET_IP_, ret, size, s->size, gfpflags);
2413         return ret;
2414 }
2415 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_alloc_trace);
2416
2417 void *kmalloc_order_trace(size_t size, gfp_t flags, unsigned int order)
2418 {
2419         void *ret = kmalloc_order(size, flags, order);
2420         trace_kmalloc(_RET_IP_, ret, size, PAGE_SIZE << order, flags);
2421         return ret;
2422 }
2423 EXPORT_SYMBOL(kmalloc_order_trace);
2424 #endif
2425
2426 #ifdef CONFIG_NUMA
2427 void *kmem_cache_alloc_node(struct kmem_cache *s, gfp_t gfpflags, int node)
2428 {
2429         void *ret = slab_alloc_node(s, gfpflags, node, _RET_IP_);
2430
2431         trace_kmem_cache_alloc_node(_RET_IP_, ret,
2432                                     s->object_size, s->size, gfpflags, node);
2433
2434         return ret;
2435 }
2436 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_alloc_node);
2437
2438 #ifdef CONFIG_TRACING
2439 void *kmem_cache_alloc_node_trace(struct kmem_cache *s,
2440                                     gfp_t gfpflags,
2441                                     int node, size_t size)
2442 {
2443         void *ret = slab_alloc_node(s, gfpflags, node, _RET_IP_);
2444
2445         trace_kmalloc_node(_RET_IP_, ret,
2446                            size, s->size, gfpflags, node);
2447         return ret;
2448 }
2449 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_alloc_node_trace);
2450 #endif
2451 #endif
2452
2453 /*
2454  * Slow patch handling. This may still be called frequently since objects
2455  * have a longer lifetime than the cpu slabs in most processing loads.
2456  *
2457  * So we still attempt to reduce cache line usage. Just take the slab
2458  * lock and free the item. If there is no additional partial page
2459  * handling required then we can return immediately.
2460  */
2461 static void __slab_free(struct kmem_cache *s, struct page *page,
2462                         void *x, unsigned long addr)
2463 {
2464         void *prior;
2465         void **object = (void *)x;
2466         int was_frozen;
2467         struct page new;
2468         unsigned long counters;
2469         struct kmem_cache_node *n = NULL;
2470         unsigned long uninitialized_var(flags);
2471
2472         stat(s, FREE_SLOWPATH);
2473
2474         if (kmem_cache_debug(s) &&
2475                 !(n = free_debug_processing(s, page, x, addr, &flags)))
2476                 return;
2477
2478         do {
2479                 if (unlikely(n)) {
2480                         spin_unlock_irqrestore(&n->list_lock, flags);
2481                         n = NULL;
2482                 }
2483                 prior = page->freelist;
2484                 counters = page->counters;
2485                 set_freepointer(s, object, prior);
2486                 new.counters = counters;
2487                 was_frozen = new.frozen;
2488                 new.inuse--;
2489                 if ((!new.inuse || !prior) && !was_frozen) {
2490
2491                         if (!kmem_cache_debug(s) && !prior)
2492
2493                                 /*
2494                                  * Slab was on no list before and will be partially empty
2495                                  * We can defer the list move and instead freeze it.
2496                                  */
2497                                 new.frozen = 1;
2498
2499                         else { /* Needs to be taken off a list */
2500
2501                                 n = get_node(s, page_to_nid(page));
2502                                 /*
2503                                  * Speculatively acquire the list_lock.
2504                                  * If the cmpxchg does not succeed then we may
2505                                  * drop the list_lock without any processing.
2506                                  *
2507                                  * Otherwise the list_lock will synchronize with
2508                                  * other processors updating the list of slabs.
2509                                  */
2510                                 spin_lock_irqsave(&n->list_lock, flags);
2511
2512                         }
2513                 }
2514
2515         } while (!cmpxchg_double_slab(s, page,
2516                 prior, counters,
2517                 object, new.counters,
2518                 "__slab_free"));
2519
2520         if (likely(!n)) {
2521
2522                 /*
2523                  * If we just froze the page then put it onto the
2524                  * per cpu partial list.
2525                  */
2526                 if (new.frozen && !was_frozen) {
2527                         put_cpu_partial(s, page, 1);
2528                         stat(s, CPU_PARTIAL_FREE);
2529                 }
2530                 /*
2531                  * The list lock was not taken therefore no list
2532                  * activity can be necessary.
2533                  */
2534                 if (was_frozen)
2535                         stat(s, FREE_FROZEN);
2536                 return;
2537         }
2538
2539         if (unlikely(!new.inuse && n->nr_partial > s->min_partial))
2540                 goto slab_empty;
2541
2542         /*
2543          * Objects left in the slab. If it was not on the partial list before
2544          * then add it.
2545          */
2546         if (kmem_cache_debug(s) && unlikely(!prior)) {
2547                 remove_full(s, page);
2548                 add_partial(n, page, DEACTIVATE_TO_TAIL);
2549                 stat(s, FREE_ADD_PARTIAL);
2550         }
2551         spin_unlock_irqrestore(&n->list_lock, flags);
2552         return;
2553
2554 slab_empty:
2555         if (prior) {
2556                 /*
2557                  * Slab on the partial list.
2558                  */
2559                 remove_partial(n, page);
2560                 stat(s, FREE_REMOVE_PARTIAL);
2561         } else
2562                 /* Slab must be on the full list */
2563                 remove_full(s, page);
2564
2565         spin_unlock_irqrestore(&n->list_lock, flags);
2566         stat(s, FREE_SLAB);
2567         discard_slab(s, page);
2568 }
2569
2570 /*
2571  * Fastpath with forced inlining to produce a kfree and kmem_cache_free that
2572  * can perform fastpath freeing without additional function calls.
2573  *
2574  * The fastpath is only possible if we are freeing to the current cpu slab
2575  * of this processor. This typically the case if we have just allocated
2576  * the item before.
2577  *
2578  * If fastpath is not possible then fall back to __slab_free where we deal
2579  * with all sorts of special processing.
2580  */
2581 static __always_inline void slab_free(struct kmem_cache *s,
2582                         struct page *page, void *x, unsigned long addr)
2583 {
2584         void **object = (void *)x;
2585         struct kmem_cache_cpu *c;
2586         unsigned long tid;
2587
2588         slab_free_hook(s, x);
2589
2590 redo:
2591         /*
2592          * Determine the currently cpus per cpu slab.
2593          * The cpu may change afterward. However that does not matter since
2594          * data is retrieved via this pointer. If we are on the same cpu
2595          * during the cmpxchg then the free will succedd.
2596          */
2597         c = __this_cpu_ptr(s->cpu_slab);
2598
2599         tid = c->tid;
2600         barrier();
2601
2602         if (likely(page == c->page)) {
2603                 set_freepointer(s, object, c->freelist);
2604
2605                 if (unlikely(!this_cpu_cmpxchg_double(
2606                                 s->cpu_slab->freelist, s->cpu_slab->tid,
2607                                 c->freelist, tid,
2608                                 object, next_tid(tid)))) {
2609
2610                         note_cmpxchg_failure("slab_free", s, tid);
2611                         goto redo;
2612                 }
2613                 stat(s, FREE_FASTPATH);
2614         } else
2615                 __slab_free(s, page, x, addr);
2616
2617 }
2618
2619 void kmem_cache_free(struct kmem_cache *s, void *x)
2620 {
2621         s = cache_from_obj(s, x);
2622         if (!s)
2623                 return;
2624         slab_free(s, virt_to_head_page(x), x, _RET_IP_);
2625         trace_kmem_cache_free(_RET_IP_, x);
2626 }
2627 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_free);
2628
2629 /*
2630  * Object placement in a slab is made very easy because we always start at
2631  * offset 0. If we tune the size of the object to the alignment then we can
2632  * get the required alignment by putting one properly sized object after
2633  * another.
2634  *
2635  * Notice that the allocation order determines the sizes of the per cpu
2636  * caches. Each processor has always one slab available for allocations.
2637  * Increasing the allocation order reduces the number of times that slabs
2638  * must be moved on and off the partial lists and is therefore a factor in
2639  * locking overhead.
2640  */
2641
2642 /*
2643  * Mininum / Maximum order of slab pages. This influences locking overhead
2644  * and slab fragmentation. A higher order reduces the number of partial slabs
2645  * and increases the number of allocations possible without having to
2646  * take the list_lock.
2647  */
2648 static int slub_min_order;
2649 static int slub_max_order = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
2650 static int slub_min_objects;
2651
2652 /*
2653  * Merge control. If this is set then no merging of slab caches will occur.
2654  * (Could be removed. This was introduced to pacify the merge skeptics.)
2655  */
2656 static int slub_nomerge;
2657
2658 /*
2659  * Calculate the order of allocation given an slab object size.
2660  *
2661  * The order of allocation has significant impact on performance and other
2662  * system components. Generally order 0 allocations should be preferred since
2663  * order 0 does not cause fragmentation in the page allocator. Larger objects
2664  * be problematic to put into order 0 slabs because there may be too much
2665  * unused space left. We go to a higher order if more than 1/16th of the slab
2666  * would be wasted.
2667  *
2668  * In order to reach satisfactory performance we must ensure that a minimum
2669  * number of objects is in one slab. Otherwise we may generate too much
2670  * activity on the partial lists which requires taking the list_lock. This is
2671  * less a concern for large slabs though which are rarely used.
2672  *
2673  * slub_max_order specifies the order where we begin to stop considering the
2674  * number of objects in a slab as critical. If we reach slub_max_order then
2675  * we try to keep the page order as low as possible. So we accept more waste
2676  * of space in favor of a small page order.
2677  *
2678  * Higher order allocations also allow the placement of more objects in a
2679  * slab and thereby reduce object handling overhead. If the user has
2680  * requested a higher mininum order then we start with that one instead of
2681  * the smallest order which will fit the object.
2682  */
2683 static inline int slab_order(int size, int min_objects,
2684                                 int max_order, int fract_leftover, int reserved)
2685 {
2686         int order;
2687         int rem;
2688         int min_order = slub_min_order;
2689
2690         if (order_objects(min_order, size, reserved) > MAX_OBJS_PER_PAGE)
2691                 return get_order(size * MAX_OBJS_PER_PAGE) - 1;
2692
2693         for (order = max(min_order,
2694                                 fls(min_objects * size - 1) - PAGE_SHIFT);
2695                         order <= max_order; order++) {
2696
2697                 unsigned long slab_size = PAGE_SIZE << order;
2698
2699                 if (slab_size < min_objects * size + reserved)
2700                         continue;
2701
2702                 rem = (slab_size - reserved) % size;
2703
2704                 if (rem <= slab_size / fract_leftover)
2705                         break;
2706
2707         }
2708
2709         return order;
2710 }
2711
2712 static inline int calculate_order(int size, int reserved)
2713 {
2714         int order;
2715         int min_objects;
2716         int fraction;
2717         int max_objects;
2718
2719         /*
2720          * Attempt to find best configuration for a slab. This
2721          * works by first attempting to generate a layout with
2722          * the best configuration and backing off gradually.
2723          *
2724          * First we reduce the acceptable waste in a slab. Then
2725          * we reduce the minimum objects required in a slab.
2726          */
2727         min_objects = slub_min_objects;
2728         if (!min_objects)
2729                 min_objects = 4 * (fls(nr_cpu_ids) + 1);
2730         max_objects = order_objects(slub_max_order, size, reserved);
2731         min_objects = min(min_objects, max_objects);
2732
2733         while (min_objects > 1) {
2734                 fraction = 16;
2735                 while (fraction >= 4) {
2736                         order = slab_order(size, min_objects,
2737                                         slub_max_order, fraction, reserved);
2738                         if (order <= slub_max_order)
2739                                 return order;
2740                         fraction /= 2;
2741                 }
2742                 min_objects--;
2743         }
2744
2745         /*
2746          * We were unable to place multiple objects in a slab. Now
2747          * lets see if we can place a single object there.
2748          */
2749         order = slab_order(size, 1, slub_max_order, 1, reserved);
2750         if (order <= slub_max_order)
2751                 return order;
2752
2753         /*
2754          * Doh this slab cannot be placed using slub_max_order.
2755          */
2756         order = slab_order(size, 1, MAX_ORDER, 1, reserved);
2757         if (order < MAX_ORDER)
2758                 return order;
2759         return -ENOSYS;
2760 }
2761
2762 static void
2763 init_kmem_cache_node(struct kmem_cache_node *n)
2764 {
2765         n->nr_partial = 0;
2766         spin_lock_init(&n->list_lock);
2767         INIT_LIST_HEAD(&n->partial);
2768 #ifdef CONFIG_SLUB_DEBUG
2769         atomic_long_set(&n->nr_slabs, 0);
2770         atomic_long_set(&n->total_objects, 0);
2771         INIT_LIST_HEAD(&n->full);
2772 #endif
2773 }
2774
2775 static inline int alloc_kmem_cache_cpus(struct kmem_cache *s)
2776 {
2777         BUILD_BUG_ON(PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SIZE <
2778                         SLUB_PAGE_SHIFT * sizeof(struct kmem_cache_cpu));
2779
2780         /*
2781          * Must align to double word boundary for the double cmpxchg
2782          * instructions to work; see __pcpu_double_call_return_bool().
2783          */
2784         s->cpu_slab = __alloc_percpu(sizeof(struct kmem_cache_cpu),
2785                                      2 * sizeof(void *));
2786
2787         if (!s->cpu_slab)
2788                 return 0;
2789
2790         init_kmem_cache_cpus(s);
2791
2792         return 1;
2793 }
2794
2795 static struct kmem_cache *kmem_cache_node;
2796
2797 /*
2798  * No kmalloc_node yet so do it by hand. We know that this is the first
2799  * slab on the node for this slabcache. There are no concurrent accesses
2800  * possible.
2801  *
2802  * Note that this function only works on the kmalloc_node_cache
2803  * when allocating for the kmalloc_node_cache. This is used for bootstrapping
2804  * memory on a fresh node that has no slab structures yet.
2805  */
2806 static void early_kmem_cache_node_alloc(int node)
2807 {
2808         struct page *page;
2809         struct kmem_cache_node *n;
2810
2811         BUG_ON(kmem_cache_node->size < sizeof(struct kmem_cache_node));
2812
2813         page = new_slab(kmem_cache_node, GFP_NOWAIT, node);
2814
2815         BUG_ON(!page);
2816         if (page_to_nid(page) != node) {
2817                 printk(KERN_ERR "SLUB: Unable to allocate memory from "
2818                                 "node %d\n", node);
2819                 printk(KERN_ERR "SLUB: Allocating a useless per node structure "
2820                                 "in order to be able to continue\n");
2821         }
2822
2823         n = page->freelist;
2824         BUG_ON(!n);
2825         page->freelist = get_freepointer(kmem_cache_node, n);
2826         page->inuse = 1;
2827         page->frozen = 0;
2828         kmem_cache_node->node[node] = n;
2829 #ifdef CONFIG_SLUB_DEBUG
2830         init_object(kmem_cache_node, n, SLUB_RED_ACTIVE);
2831         init_tracking(kmem_cache_node, n);
2832 #endif
2833         init_kmem_cache_node(n);
2834         inc_slabs_node(kmem_cache_node, node, page->objects);
2835
2836         add_partial(n, page, DEACTIVATE_TO_HEAD);
2837 }
2838
2839 static void free_kmem_cache_nodes(struct kmem_cache *s)
2840 {
2841         int node;
2842
2843         for_each_node_state(node, N_NORMAL_MEMORY) {
2844                 struct kmem_cache_node *n = s->node[node];
2845
2846                 if (n)
2847                         kmem_cache_free(kmem_cache_node, n);
2848
2849                 s->node[node] = NULL;
2850         }
2851 }
2852
2853 static int init_kmem_cache_nodes(struct kmem_cache *s)
2854 {
2855         int node;
2856
2857         for_each_node_state(node, N_NORMAL_MEMORY) {
2858                 struct kmem_cache_node *n;
2859
2860                 if (slab_state == DOWN) {
2861                         early_kmem_cache_node_alloc(node);
2862                         continue;
2863                 }
2864                 n = kmem_cache_alloc_node(kmem_cache_node,
2865                                                 GFP_KERNEL, node);
2866
2867                 if (!n) {
2868                         free_kmem_cache_nodes(s);
2869                         return 0;
2870                 }
2871
2872                 s->node[node] = n;
2873                 init_kmem_cache_node(n);
2874         }
2875         return 1;
2876 }
2877
2878 static void set_min_partial(struct kmem_cache *s, unsigned long min)
2879 {
2880         if (min < MIN_PARTIAL)
2881                 min = MIN_PARTIAL;
2882         else if (min > MAX_PARTIAL)
2883                 min = MAX_PARTIAL;
2884         s->min_partial = min;
2885 }
2886
2887 /*
2888  * calculate_sizes() determines the order and the distribution of data within
2889  * a slab object.
2890  */
2891 static int calculate_sizes(struct kmem_cache *s, int forced_order)
2892 {
2893         unsigned long flags = s->flags;
2894         unsigned long size = s->object_size;
2895         int order;
2896
2897         /*
2898          * Round up object size to the next word boundary. We can only
2899          * place the free pointer at word boundaries and this determines
2900          * the possible location of the free pointer.
2901          */
2902         size = ALIGN(size, sizeof(void *));
2903
2904 #ifdef CONFIG_SLUB_DEBUG
2905         /*
2906          * Determine if we can poison the object itself. If the user of
2907          * the slab may touch the object after free or before allocation
2908          * then we should never poison the object itself.
2909          */
2910         if ((flags & SLAB_POISON) && !(flags & SLAB_DESTROY_BY_RCU) &&
2911                         !s->ctor)
2912                 s->flags |= __OBJECT_POISON;
2913         else
2914                 s->flags &= ~__OBJECT_POISON;
2915
2916
2917         /*
2918          * If we are Redzoning then check if there is some space between the
2919          * end of the object and the free pointer. If not then add an
2920          * additional word to have some bytes to store Redzone information.
2921          */
2922         if ((flags & SLAB_RED_ZONE) && size == s->object_size)
2923                 size += sizeof(void *);
2924 #endif
2925
2926         /*
2927          * With that we have determined the number of bytes in actual use
2928          * by the object. This is the potential offset to the free pointer.
2929          */
2930         s->inuse = size;
2931
2932         if (((flags & (SLAB_DESTROY_BY_RCU | SLAB_POISON)) ||
2933                 s->ctor)) {
2934                 /*
2935                  * Relocate free pointer after the object if it is not
2936                  * permitted to overwrite the first word of the object on
2937                  * kmem_cache_free.
2938                  *
2939                  * This is the case if we do RCU, have a constructor or
2940                  * destructor or are poisoning the objects.
2941                  */
2942                 s->offset = size;
2943                 size += sizeof(void *);
2944         }
2945
2946 #ifdef CONFIG_SLUB_DEBUG
2947         if (flags & SLAB_STORE_USER)
2948                 /*
2949                  * Need to store information about allocs and frees after
2950                  * the object.
2951                  */
2952                 size += 2 * sizeof(struct track);
2953
2954         if (flags & SLAB_RED_ZONE)
2955                 /*
2956                  * Add some empty padding so that we can catch
2957                  * overwrites from earlier objects rather than let
2958                  * tracking information or the free pointer be
2959                  * corrupted if a user writes before the start
2960                  * of the object.
2961                  */
2962                 size += sizeof(void *);
2963 #endif
2964
2965         /*
2966          * SLUB stores one object immediately after another beginning from
2967          * offset 0. In order to align the objects we have to simply size
2968          * each object to conform to the alignment.
2969          */
2970         size = ALIGN(size, s->align);
2971         s->size = size;
2972         if (forced_order >= 0)
2973                 order = forced_order;
2974         else
2975                 order = calculate_order(size, s->reserved);
2976
2977         if (order < 0)
2978                 return 0;
2979
2980         s->allocflags = 0;
2981         if (order)
2982                 s->allocflags |= __GFP_COMP;
2983
2984         if (s->flags & SLAB_CACHE_DMA)
2985                 s->allocflags |= SLUB_DMA;
2986
2987         if (s->flags & SLAB_RECLAIM_ACCOUNT)
2988                 s->allocflags |= __GFP_RECLAIMABLE;
2989
2990         /*
2991          * Determine the number of objects per slab
2992          */
2993         s->oo = oo_make(order, size, s->reserved);
2994         s->min = oo_make(get_order(size), size, s->reserved);
2995         if (oo_objects(s->oo) > oo_objects(s->max))
2996                 s->max = s->oo;
2997
2998         return !!oo_objects(s->oo);
2999 }
3000
3001 static int kmem_cache_open(struct kmem_cache *s, unsigned long flags)
3002 {
3003         s->flags = kmem_cache_flags(s->size, flags, s->name, s->ctor);
3004         s->reserved = 0;
3005
3006         if (need_reserve_slab_rcu && (s->flags & SLAB_DESTROY_BY_RCU))
3007                 s->reserved = sizeof(struct rcu_head);
3008
3009         if (!calculate_sizes(s, -1))
3010                 goto error;
3011         if (disable_higher_order_debug) {
3012                 /*
3013                  * Disable debugging flags that store metadata if the min slab
3014                  * order increased.
3015                  */
3016                 if (get_order(s->size) > get_order(s->object_size)) {
3017                         s->flags &= ~DEBUG_METADATA_FLAGS;
3018                         s->offset = 0;
3019                         if (!calculate_sizes(s, -1))
3020                                 goto error;
3021                 }
3022         }
3023
3024 #if defined(CONFIG_HAVE_CMPXCHG_DOUBLE) && \
3025     defined(CONFIG_HAVE_ALIGNED_STRUCT_PAGE)
3026         if (system_has_cmpxchg_double() && (s->flags & SLAB_DEBUG_FLAGS) == 0)
3027                 /* Enable fast mode */
3028                 s->flags |= __CMPXCHG_DOUBLE;
3029 #endif
3030
3031         /*
3032          * The larger the object size is, the more pages we want on the partial
3033          * list to avoid pounding the page allocator excessively.
3034          */
3035         set_min_partial(s, ilog2(s->size) / 2);
3036
3037         /*
3038          * cpu_partial determined the maximum number of objects kept in the
3039          * per cpu partial lists of a processor.
3040          *
3041          * Per cpu partial lists mainly contain slabs that just have one
3042          * object freed. If they are used for allocation then they can be
3043          * filled up again with minimal effort. The slab will never hit the
3044          * per node partial lists and therefore no locking will be required.
3045          *
3046          * This setting also determines
3047          *
3048          * A) The number of objects from per cpu partial slabs dumped to the
3049          *    per node list when we reach the limit.
3050          * B) The number of objects in cpu partial slabs to extract from the
3051          *    per node list when we run out of per cpu objects. We only fetch 50%
3052          *    to keep some capacity around for frees.
3053          */
3054         if (kmem_cache_debug(s))
3055                 s->cpu_partial = 0;
3056         else if (s->size >= PAGE_SIZE)
3057                 s->cpu_partial = 2;
3058         else if (s->size >= 1024)
3059                 s->cpu_partial = 6;
3060         else if (s->size >= 256)
3061                 s->cpu_partial = 13;
3062         else
3063                 s->cpu_partial = 30;
3064
3065 #ifdef CONFIG_NUMA
3066         s->remote_node_defrag_ratio = 1000;
3067 #endif
3068         if (!init_kmem_cache_nodes(s))
3069                 goto error;
3070
3071         if (alloc_kmem_cache_cpus(s))
3072                 return 0;
3073
3074         free_kmem_cache_nodes(s);
3075 error:
3076         if (flags & SLAB_PANIC)
3077                 panic("Cannot create slab %s size=%lu realsize=%u "
3078                         "order=%u offset=%u flags=%lx\n",
3079                         s->name, (unsigned long)s->size, s->size, oo_order(s->oo),
3080                         s->offset, flags);
3081         return -EINVAL;
3082 }
3083
3084 static void list_slab_objects(struct kmem_cache *s, struct page *page,
3085                                                         const char *text)
3086 {
3087 #ifdef CONFIG_SLUB_DEBUG
3088         void *addr = page_address(page);
3089         void *p;
3090         unsigned long *map = kzalloc(BITS_TO_LONGS(page->objects) *
3091                                      sizeof(long), GFP_ATOMIC);
3092         if (!map)
3093                 return;
3094         slab_err(s, page, text, s->name);
3095         slab_lock(page);
3096
3097         get_map(s, page, map);
3098         for_each_object(p, s, addr, page->objects) {
3099
3100                 if (!test_bit(slab_index(p, s, addr), map)) {
3101                         printk(KERN_ERR "INFO: Object 0x%p @offset=%tu\n",
3102                                                         p, p - addr);
3103                         print_tracking(s, p);
3104                 }
3105         }
3106         slab_unlock(page);
3107         kfree(map);
3108 #endif
3109 }
3110
3111 /*
3112  * Attempt to free all partial slabs on a node.
3113  * This is called from kmem_cache_close(). We must be the last thread
3114  * using the cache and therefore we do not need to lock anymore.
3115  */
3116 static void free_partial(struct kmem_cache *s, struct kmem_cache_node *n)
3117 {
3118         struct page *page, *h;
3119
3120         list_for_each_entry_safe(page, h, &n->partial, lru) {
3121                 if (!page->inuse) {
3122                         remove_partial(n, page);
3123                         discard_slab(s, page);
3124                 } else {
3125                         list_slab_objects(s, page,
3126                         "Objects remaining in %s on kmem_cache_close()");
3127                 }
3128         }
3129 }
3130
3131 /*
3132  * Release all resources used by a slab cache.
3133  */
3134 static inline int kmem_cache_close(struct kmem_cache *s)
3135 {
3136         int node;
3137
3138         flush_all(s);
3139         /* Attempt to free all objects */
3140         for_each_node_state(node, N_NORMAL_MEMORY) {
3141                 struct kmem_cache_node *n = get_node(s, node);
3142
3143                 free_partial(s, n);
3144                 if (n->nr_partial || slabs_node(s, node))
3145                         return 1;
3146         }
3147         free_percpu(s->cpu_slab);
3148         free_kmem_cache_nodes(s);
3149         return 0;
3150 }
3151
3152 int __kmem_cache_shutdown(struct kmem_cache *s)
3153 {
3154         int rc = kmem_cache_close(s);
3155
3156         if (!rc)
3157                 sysfs_slab_remove(s);
3158
3159         return rc;
3160 }
3161
3162 /********************************************************************
3163  *              Kmalloc subsystem
3164  *******************************************************************/
3165
3166 struct kmem_cache *kmalloc_caches[SLUB_PAGE_SHIFT];
3167 EXPORT_SYMBOL(kmalloc_caches);
3168
3169 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
3170 static struct kmem_cache *kmalloc_dma_caches[SLUB_PAGE_SHIFT];
3171 #endif
3172
3173 static int __init setup_slub_min_order(char *str)
3174 {
3175         get_option(&str, &slub_min_order);
3176
3177         return 1;
3178 }
3179
3180 __setup("slub_min_order=", setup_slub_min_order);
3181
3182 static int __init setup_slub_max_order(char *str)
3183 {
3184         get_option(&str, &slub_max_order);
3185         slub_max_order = min(slub_max_order, MAX_ORDER - 1);
3186
3187         return 1;
3188 }
3189
3190 __setup("slub_max_order=", setup_slub_max_order);
3191
3192 static int __init setup_slub_min_objects(char *str)
3193 {
3194         get_option(&str, &slub_min_objects);
3195
3196         return 1;
3197 }
3198
3199 __setup("slub_min_objects=", setup_slub_min_objects);
3200
3201 static int __init setup_slub_nomerge(char *str)
3202 {
3203         slub_nomerge = 1;
3204         return 1;
3205 }
3206
3207 __setup("slub_nomerge", setup_slub_nomerge);
3208
3209 /*
3210  * Conversion table for small slabs sizes / 8 to the index in the
3211  * kmalloc array. This is necessary for slabs < 192 since we have non power
3212  * of two cache sizes there. The size of larger slabs can be determined using
3213  * fls.
3214  */
3215 static s8 size_index[24] = {
3216         3,      /* 8 */
3217         4,      /* 16 */
3218         5,      /* 24 */
3219         5,      /* 32 */
3220         6,      /* 40 */
3221         6,      /* 48 */
3222         6,      /* 56 */
3223         6,      /* 64 */
3224         1,      /* 72 */
3225         1,      /* 80 */
3226         1,      /* 88 */
3227         1,      /* 96 */
3228         7,      /* 104 */
3229         7,      /* 112 */
3230         7,      /* 120 */
3231         7,      /* 128 */
3232         2,      /* 136 */
3233         2,      /* 144 */
3234         2,      /* 152 */
3235         2,      /* 160 */
3236         2,      /* 168 */
3237         2,      /* 176 */
3238         2,      /* 184 */
3239         2       /* 192 */
3240 };
3241
3242 static inline int size_index_elem(size_t bytes)
3243 {
3244         return (bytes - 1) / 8;
3245 }
3246
3247 static struct kmem_cache *get_slab(size_t size, gfp_t flags)
3248 {
3249         int index;
3250
3251         if (size <= 192) {
3252                 if (!size)
3253                         return ZERO_SIZE_PTR;
3254
3255                 index = size_index[size_index_elem(size)];
3256         } else
3257                 index = fls(size - 1);
3258
3259 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
3260         if (unlikely((flags & SLUB_DMA)))
3261                 return kmalloc_dma_caches[index];
3262
3263 #endif
3264         return kmalloc_caches[index];
3265 }
3266
3267 void *__kmalloc(size_t size, gfp_t flags)
3268 {
3269         struct kmem_cache *s;
3270         void *ret;
3271
3272         if (unlikely(size > SLUB_MAX_SIZE))
3273                 return kmalloc_large(size, flags);
3274
3275         s = get_slab(size, flags);
3276
3277         if (unlikely(ZERO_OR_NULL_PTR(s)))
3278                 return s;
3279
3280         ret = slab_alloc(s, flags, _RET_IP_);
3281
3282         trace_kmalloc(_RET_IP_, ret, size, s->size, flags);
3283
3284         return ret;
3285 }
3286 EXPORT_SYMBOL(__kmalloc);
3287
3288 #ifdef CONFIG_NUMA
3289 static void *kmalloc_large_node(size_t size, gfp_t flags, int node)
3290 {
3291         struct page *page;
3292         void *ptr = NULL;
3293
3294         flags |= __GFP_COMP | __GFP_NOTRACK | __GFP_KMEMCG;
3295         page = alloc_pages_node(node, flags, get_order(size));
3296         if (page)
3297                 ptr = page_address(page);
3298
3299         kmemleak_alloc(ptr, size, 1, flags);
3300         return ptr;
3301 }
3302
3303 void *__kmalloc_node(size_t size, gfp_t flags, int node)
3304 {
3305         struct kmem_cache *s;
3306         void *ret;
3307
3308         if (unlikely(size > SLUB_MAX_SIZE)) {
3309                 ret = kmalloc_large_node(size, flags, node);
3310
3311                 trace_kmalloc_node(_RET_IP_, ret,
3312                                    size, PAGE_SIZE << get_order(size),
3313                                    flags, node);
3314
3315                 return ret;
3316         }
3317
3318         s = get_slab(size, flags);
3319
3320         if (unlikely(ZERO_OR_NULL_PTR(s)))
3321                 return s;
3322
3323         ret = slab_alloc_node(s, flags, node, _RET_IP_);
3324
3325         trace_kmalloc_node(_RET_IP_, ret, size, s->size, flags, node);
3326
3327         return ret;
3328 }
3329 EXPORT_SYMBOL(__kmalloc_node);
3330 #endif
3331
3332 size_t ksize(const void *object)
3333 {
3334         struct page *page;
3335
3336         if (unlikely(object == ZERO_SIZE_PTR))
3337                 return 0;
3338
3339         page = virt_to_head_page(object);
3340
3341         if (unlikely(!PageSlab(page))) {
3342                 WARN_ON(!PageCompound(page));
3343                 return PAGE_SIZE << compound_order(page);
3344         }
3345
3346         return slab_ksize(page->slab_cache);
3347 }
3348 EXPORT_SYMBOL(ksize);
3349
3350 #ifdef CONFIG_SLUB_DEBUG
3351 bool verify_mem_not_deleted(const void *x)
3352 {
3353         struct page *page;
3354         void *object = (void *)x;
3355         unsigned long flags;
3356         bool rv;
3357
3358         if (unlikely(ZERO_OR_NULL_PTR(x)))
3359                 return false;
3360
3361         local_irq_save(flags);
3362
3363         page = virt_to_head_page(x);
3364         if (unlikely(!PageSlab(page))) {
3365                 /* maybe it was from stack? */
3366                 rv = true;
3367                 goto out_unlock;
3368         }
3369
3370         slab_lock(page);
3371         if (on_freelist(page->slab_cache, page, object)) {
3372                 object_err(page->slab_cache, page, object, "Object is on free-list");
3373                 rv = false;
3374         } else {
3375                 rv = true;
3376         }
3377         slab_unlock(page);
3378
3379 out_unlock:
3380         local_irq_restore(flags);
3381         return rv;
3382 }
3383 EXPORT_SYMBOL(verify_mem_not_deleted);
3384 #endif
3385
3386 void kfree(const void *x)
3387 {
3388         struct page *page;
3389         void *object = (void *)x;
3390
3391         trace_kfree(_RET_IP_, x);
3392
3393         if (unlikely(ZERO_OR_NULL_PTR(x)))
3394                 return;
3395
3396         page = virt_to_head_page(x);
3397         if (unlikely(!PageSlab(page))) {
3398                 BUG_ON(!PageCompound(page));
3399                 kmemleak_free(x);
3400                 __free_memcg_kmem_pages(page, compound_order(page));
3401                 return;
3402         }
3403         slab_free(page->slab_cache, page, object, _RET_IP_);
3404 }
3405 EXPORT_SYMBOL(kfree);
3406
3407 /*
3408  * kmem_cache_shrink removes empty slabs from the partial lists and sorts
3409  * the remaining slabs by the number of items in use. The slabs with the
3410  * most items in use come first. New allocations will then fill those up
3411  * and thus they can be removed from the partial lists.
3412  *
3413  * The slabs with the least items are placed last. This results in them
3414  * being allocated from last increasing the chance that the last objects
3415  * are freed in them.
3416  */
3417 int kmem_cache_shrink(struct kmem_cache *s)
3418 {
3419         int node;
3420         int i;
3421         struct kmem_cache_node *n;
3422         struct page *page;
3423         struct page *t;
3424         int objects = oo_objects(s->max);
3425         struct list_head *slabs_by_inuse =
3426                 kmalloc(sizeof(struct list_head) * objects, GFP_KERNEL);
3427         unsigned long flags;
3428
3429         if (!slabs_by_inuse)
3430                 return -ENOMEM;
3431
3432         flush_all(s);
3433         for_each_node_state(node, N_NORMAL_MEMORY) {
3434                 n = get_node(s, node);
3435
3436                 if (!n->nr_partial)
3437                         continue;
3438
3439                 for (i = 0; i < objects; i++)
3440                         INIT_LIST_HEAD(slabs_by_inuse + i);
3441
3442                 spin_lock_irqsave(&n->list_lock, flags);
3443
3444                 /*
3445                  * Build lists indexed by the items in use in each slab.
3446                  *
3447                  * Note that concurrent frees may occur while we hold the
3448                  * list_lock. page->inuse here is the upper limit.
3449                  */
3450                 list_for_each_entry_safe(page, t, &n->partial, lru) {
3451                         list_move(&page->lru, slabs_by_inuse + page->inuse);
3452                         if (!page->inuse)
3453                                 n->nr_partial--;
3454                 }
3455
3456                 /*
3457                  * Rebuild the partial list with the slabs filled up most
3458                  * first and the least used slabs at the end.
3459                  */
3460                 for (i = objects - 1; i > 0; i--)
3461                         list_splice(slabs_by_inuse + i, n->partial.prev);
3462
3463                 spin_unlock_irqrestore(&n->list_lock, flags);
3464
3465                 /* Release empty slabs */
3466                 list_for_each_entry_safe(page, t, slabs_by_inuse, lru)
3467                         discard_slab(s, page);
3468         }
3469
3470         kfree(slabs_by_inuse);
3471         return 0;
3472 }
3473 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_shrink);
3474
3475 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
3476 static int slab_mem_going_offline_callback(void *arg)
3477 {
3478         struct kmem_cache *s;
3479
3480         mutex_lock(&slab_mutex);
3481         list_for_each_entry(s, &slab_caches, list)
3482                 kmem_cache_shrink(s);
3483         mutex_unlock(&slab_mutex);
3484
3485         return 0;
3486 }
3487
3488 static void slab_mem_offline_callback(void *arg)
3489 {
3490         struct kmem_cache_node *n;
3491         struct kmem_cache *s;
3492         struct memory_notify *marg = arg;
3493         int offline_node;
3494
3495         offline_node = marg->status_change_nid_normal;
3496
3497         /*
3498          * If the node still has available memory. we need kmem_cache_node
3499          * for it yet.
3500          */
3501         if (offline_node < 0)
3502                 return;
3503
3504         mutex_lock(&slab_mutex);
3505         list_for_each_entry(s, &slab_caches, list) {
3506                 n = get_node(s, offline_node);
3507                 if (n) {
3508                         /*
3509                          * if n->nr_slabs > 0, slabs still exist on the node
3510                          * that is going down. We were unable to free them,
3511                          * and offline_pages() function shouldn't call this
3512                          * callback. So, we must fail.
3513                          */
3514                         BUG_ON(slabs_node(s, offline_node));
3515
3516                         s->node[offline_node] = NULL;
3517                         kmem_cache_free(kmem_cache_node, n);
3518                 }
3519         }
3520         mutex_unlock(&slab_mutex);
3521 }
3522
3523 static int slab_mem_going_online_callback(void *arg)
3524 {
3525         struct kmem_cache_node *n;
3526         struct kmem_cache *s;
3527         struct memory_notify *marg = arg;
3528         int nid = marg->status_change_nid_normal;
3529         int ret = 0;
3530
3531         /*
3532          * If the node's memory is already available, then kmem_cache_node is
3533          * already created. Nothing to do.
3534          */
3535         if (nid < 0)
3536                 return 0;
3537
3538         /*
3539          * We are bringing a node online. No memory is available yet. We must
3540          * allocate a kmem_cache_node structure in order to bring the node
3541          * online.
3542          */
3543         mutex_lock(&slab_mutex);
3544         list_for_each_entry(s, &slab_caches, list) {
3545                 /*
3546                  * XXX: kmem_cache_alloc_node will fallback to other nodes
3547                  *      since memory is not yet available from the node that
3548                  *      is brought up.
3549                  */
3550                 n = kmem_cache_alloc(kmem_cache_node, GFP_KERNEL);
3551                 if (!n) {
3552                         ret = -ENOMEM;
3553                         goto out;
3554                 }
3555                 init_kmem_cache_node(n);
3556                 s->node[nid] = n;
3557         }
3558 out:
3559         mutex_unlock(&slab_mutex);
3560         return ret;
3561 }
3562
3563 static int slab_memory_callback(struct notifier_block *self,
3564                                 unsigned long action, void *arg)
3565 {
3566         int ret = 0;
3567
3568         switch (action) {
3569         case MEM_GOING_ONLINE:
3570                 ret = slab_mem_going_online_callback(arg);
3571                 break;
3572         case MEM_GOING_OFFLINE:
3573                 ret = slab_mem_going_offline_callback(arg);
3574                 break;
3575         case MEM_OFFLINE:
3576         case MEM_CANCEL_ONLINE:
3577                 slab_mem_offline_callback(arg);
3578                 break;
3579         case MEM_ONLINE:
3580         case MEM_CANCEL_OFFLINE:
3581                 break;
3582         }
3583         if (ret)
3584                 ret = notifier_from_errno(ret);
3585         else
3586                 ret = NOTIFY_OK;
3587         return ret;
3588 }
3589
3590 #endif /* CONFIG_MEMORY_HOTPLUG */
3591
3592 /********************************************************************
3593  *                      Basic setup of slabs
3594  *