riscv: allow kmalloc() caches aligned to the smallest value
authorJisheng Zhang <jszhang@kernel.org>
Tue, 18 Jul 2023 15:22:13 +0000 (23:22 +0800)
committerPalmer Dabbelt <palmer@rivosinc.com>
Wed, 23 Aug 2023 21:22:00 +0000 (14:22 -0700)
commit2926715163cfacea481d218f9151d091f5c0c27a
tree9883bae539cd5de5b510c79273c1efa27e399515
parent06c2afb862f9da8dc5efa4b6076a0e48c3fbaaa5
riscv: allow kmalloc() caches aligned to the smallest value

Currently, riscv defines ARCH_DMA_MINALIGN as L1_CACHE_BYTES, I.E
64Bytes, if CONFIG_RISCV_DMA_NONCOHERENT=y. To support unified kernel
Image, usually we have to enable CONFIG_RISCV_DMA_NONCOHERENT, thus
it brings some bad effects to coherent platforms:

Firstly, it wastes memory, kmalloc-96, kmalloc-32, kmalloc-16 and
kmalloc-8 slab caches don't exist any more, they are replaced with
either kmalloc-128 or kmalloc-64.

Secondly, larger than necessary kmalloc aligned allocations results
in unnecessary cache/TLB pressure.

This issue also exists on arm64 platforms. From last year, Catalin
tried to solve this issue by decoupling ARCH_KMALLOC_MINALIGN from
ARCH_DMA_MINALIGN, limiting kmalloc() minimum alignment to
dma_get_cache_alignment() and replacing ARCH_KMALLOC_MINALIGN usage
in various drivers with ARCH_DMA_MINALIGN etc.[1]

One fact we can make use of for riscv: if the CPU doesn't support
ZICBOM or T-HEAD CMO, we know the platform is coherent. Based on
Catalin's work and above fact, we can easily solve the kmalloc align
issue for riscv: we can override dma_get_cache_alignment(), then let
it return ARCH_DMA_MINALIGN at the beginning and return 1 once we know
the underlying HW neither supports ZICBOM nor supports T-HEAD CMO.

So what about if the CPU supports ZICBOM or T-HEAD CMO, but all the
devices are dma coherent? Well, we use ARCH_DMA_MINALIGN as the
kmalloc minimum alignment, nothing changed in this case. This case
can be improved in the future.

After this patch, a simple test of booting to a small buildroot rootfs
on qemu shows:

kmalloc-96           5041    5041     96  ...
kmalloc-64           9606    9606     64  ...
kmalloc-32           5128    5128     32  ...
kmalloc-16           7682    7682     16  ...
kmalloc-8           10246   10246      8  ...

So we save about 1268KB memory. The saving will be much larger in normal
OS env on real HW platforms.

Link: https://lore.kernel.org/linux-arm-kernel/20230524171904.3967031-1-catalin.marinas@arm.com/
Signed-off-by: Jisheng Zhang <jszhang@kernel.org>
Reviewed-by: Conor Dooley <conor.dooley@microchip.com>
Link: https://lore.kernel.org/r/20230718152214.2907-2-jszhang@kernel.org
Signed-off-by: Palmer Dabbelt <palmer@rivosinc.com>
arch/riscv/include/asm/cache.h
arch/riscv/include/asm/cacheflush.h
arch/riscv/kernel/setup.c
arch/riscv/mm/dma-noncoherent.c