Merge branches 'acpi-resources', 'acpi-battery', 'acpi-doc' and 'acpi-pnp'
[linux-2.6-block.git] / include / linux / rhashtable.h
index d438eeb08bff407043b32d5f52f58d08fac8838f..dbcbcc59aa92e77de6c1c6065b403c0fa7d0dd15 100644 (file)
@@ -1,14 +1,13 @@
 /*
  * Resizable, Scalable, Concurrent Hash Table
  *
- * Copyright (c) 2014 Thomas Graf <tgraf@suug.ch>
+ * Copyright (c) 2015 Herbert Xu <herbert@gondor.apana.org.au>
+ * Copyright (c) 2014-2015 Thomas Graf <tgraf@suug.ch>
  * Copyright (c) 2008-2014 Patrick McHardy <kaber@trash.net>
  *
- * Based on the following paper by Josh Triplett, Paul E. McKenney
- * and Jonathan Walpole:
- * https://www.usenix.org/legacy/event/atc11/tech/final_files/Triplett.pdf
- *
  * Code partially derived from nft_hash
+ * Rewritten with rehash code from br_multicast plus single list
+ * pointer as suggested by Josh Triplett
  *
  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
 #define _LINUX_RHASHTABLE_H
 
 #include <linux/compiler.h>
+#include <linux/errno.h>
+#include <linux/jhash.h>
 #include <linux/list_nulls.h>
 #include <linux/workqueue.h>
 #include <linux/mutex.h>
+#include <linux/rcupdate.h>
 
 /*
  * The end of the chain is marked with a special nulls marks which has
@@ -42,6 +44,9 @@
 #define RHT_HASH_BITS          27
 #define RHT_BASE_SHIFT         RHT_HASH_BITS
 
+/* Base bits plus 1 bit for nulls marker */
+#define RHT_HASH_RESERVED_SPACE        (RHT_BASE_BITS + 1)
+
 struct rhash_head {
        struct rhash_head __rcu         *next;
 };
@@ -49,20 +54,43 @@ struct rhash_head {
 /**
  * struct bucket_table - Table of hash buckets
  * @size: Number of hash buckets
+ * @rehash: Current bucket being rehashed
+ * @hash_rnd: Random seed to fold into hash
  * @locks_mask: Mask to apply before accessing locks[]
  * @locks: Array of spinlocks protecting individual buckets
+ * @walkers: List of active walkers
+ * @rcu: RCU structure for freeing the table
+ * @future_tbl: Table under construction during rehashing
  * @buckets: size * hash buckets
  */
 struct bucket_table {
-       size_t                  size;
+       unsigned int            size;
+       unsigned int            rehash;
+       u32                     hash_rnd;
        unsigned int            locks_mask;
        spinlock_t              *locks;
+       struct list_head        walkers;
+       struct rcu_head         rcu;
+
+       struct bucket_table __rcu *future_tbl;
 
        struct rhash_head __rcu *buckets[] ____cacheline_aligned_in_smp;
 };
 
+/**
+ * struct rhashtable_compare_arg - Key for the function rhashtable_compare
+ * @ht: Hash table
+ * @key: Key to compare against
+ */
+struct rhashtable_compare_arg {
+       struct rhashtable *ht;
+       const void *key;
+};
+
 typedef u32 (*rht_hashfn_t)(const void *data, u32 len, u32 seed);
-typedef u32 (*rht_obj_hashfn_t)(const void *data, u32 seed);
+typedef u32 (*rht_obj_hashfn_t)(const void *data, u32 len, u32 seed);
+typedef int (*rht_obj_cmpfn_t)(struct rhashtable_compare_arg *arg,
+                              const void *obj);
 
 struct rhashtable;
 
@@ -72,60 +100,62 @@ struct rhashtable;
  * @key_len: Length of key
  * @key_offset: Offset of key in struct to be hashed
  * @head_offset: Offset of rhash_head in struct to be hashed
- * @hash_rnd: Seed to use while hashing
- * @max_shift: Maximum number of shifts while expanding
- * @min_shift: Minimum number of shifts while shrinking
+ * @max_size: Maximum size while expanding
+ * @min_size: Minimum size while shrinking
  * @nulls_base: Base value to generate nulls marker
+ * @insecure_elasticity: Set to true to disable chain length checks
+ * @automatic_shrinking: Enable automatic shrinking of tables
  * @locks_mul: Number of bucket locks to allocate per cpu (default: 128)
- * @hashfn: Function to hash key
+ * @hashfn: Hash function (default: jhash2 if !(key_len % 4), or jhash)
  * @obj_hashfn: Function to hash object
+ * @obj_cmpfn: Function to compare key with object
  */
 struct rhashtable_params {
        size_t                  nelem_hint;
        size_t                  key_len;
        size_t                  key_offset;
        size_t                  head_offset;
-       u32                     hash_rnd;
-       size_t                  max_shift;
-       size_t                  min_shift;
+       unsigned int            max_size;
+       unsigned int            min_size;
        u32                     nulls_base;
+       bool                    insecure_elasticity;
+       bool                    automatic_shrinking;
        size_t                  locks_mul;
        rht_hashfn_t            hashfn;
        rht_obj_hashfn_t        obj_hashfn;
+       rht_obj_cmpfn_t         obj_cmpfn;
 };
 
 /**
  * struct rhashtable - Hash table handle
  * @tbl: Bucket table
- * @future_tbl: Table under construction during expansion/shrinking
  * @nelems: Number of elements in table
- * @shift: Current size (1 << shift)
+ * @key_len: Key length for hashfn
+ * @elasticity: Maximum chain length before rehash
  * @p: Configuration parameters
  * @run_work: Deferred worker to expand/shrink asynchronously
  * @mutex: Mutex to protect current/future table swapping
- * @walkers: List of active walkers
- * @being_destroyed: True if table is set up for destruction
+ * @lock: Spin lock to protect walker list
  */
 struct rhashtable {
        struct bucket_table __rcu       *tbl;
-       struct bucket_table __rcu       *future_tbl;
        atomic_t                        nelems;
-       atomic_t                        shift;
+       unsigned int                    key_len;
+       unsigned int                    elasticity;
        struct rhashtable_params        p;
        struct work_struct              run_work;
        struct mutex                    mutex;
-       struct list_head                walkers;
-       bool                            being_destroyed;
+       spinlock_t                      lock;
 };
 
 /**
  * struct rhashtable_walker - Hash table walker
  * @list: List entry on list of walkers
- * @resize: Resize event occured
+ * @tbl: The table that we were walking over
  */
 struct rhashtable_walker {
        struct list_head list;
-       bool resize;
+       struct bucket_table *tbl;
 };
 
 /**
@@ -162,6 +192,119 @@ static inline unsigned long rht_get_nulls_value(const struct rhash_head *ptr)
        return ((unsigned long) ptr) >> 1;
 }
 
+static inline void *rht_obj(const struct rhashtable *ht,
+                           const struct rhash_head *he)
+{
+       return (char *)he - ht->p.head_offset;
+}
+
+static inline unsigned int rht_bucket_index(const struct bucket_table *tbl,
+                                           unsigned int hash)
+{
+       return (hash >> RHT_HASH_RESERVED_SPACE) & (tbl->size - 1);
+}
+
+static inline unsigned int rht_key_hashfn(
+       struct rhashtable *ht, const struct bucket_table *tbl,
+       const void *key, const struct rhashtable_params params)
+{
+       unsigned int hash;
+
+       /* params must be equal to ht->p if it isn't constant. */
+       if (!__builtin_constant_p(params.key_len))
+               hash = ht->p.hashfn(key, ht->key_len, tbl->hash_rnd);
+       else if (params.key_len) {
+               unsigned int key_len = params.key_len;
+
+               if (params.hashfn)
+                       hash = params.hashfn(key, key_len, tbl->hash_rnd);
+               else if (key_len & (sizeof(u32) - 1))
+                       hash = jhash(key, key_len, tbl->hash_rnd);
+               else
+                       hash = jhash2(key, key_len / sizeof(u32),
+                                     tbl->hash_rnd);
+       } else {
+               unsigned int key_len = ht->p.key_len;
+
+               if (params.hashfn)
+                       hash = params.hashfn(key, key_len, tbl->hash_rnd);
+               else
+                       hash = jhash(key, key_len, tbl->hash_rnd);
+       }
+
+       return rht_bucket_index(tbl, hash);
+}
+
+static inline unsigned int rht_head_hashfn(
+       struct rhashtable *ht, const struct bucket_table *tbl,
+       const struct rhash_head *he, const struct rhashtable_params params)
+{
+       const char *ptr = rht_obj(ht, he);
+
+       return likely(params.obj_hashfn) ?
+              rht_bucket_index(tbl, params.obj_hashfn(ptr, params.key_len ?:
+                                                           ht->p.key_len,
+                                                      tbl->hash_rnd)) :
+              rht_key_hashfn(ht, tbl, ptr + params.key_offset, params);
+}
+
+/**
+ * rht_grow_above_75 - returns true if nelems > 0.75 * table-size
+ * @ht:                hash table
+ * @tbl:       current table
+ */
+static inline bool rht_grow_above_75(const struct rhashtable *ht,
+                                    const struct bucket_table *tbl)
+{
+       /* Expand table when exceeding 75% load */
+       return atomic_read(&ht->nelems) > (tbl->size / 4 * 3) &&
+              (!ht->p.max_size || tbl->size < ht->p.max_size);
+}
+
+/**
+ * rht_shrink_below_30 - returns true if nelems < 0.3 * table-size
+ * @ht:                hash table
+ * @tbl:       current table
+ */
+static inline bool rht_shrink_below_30(const struct rhashtable *ht,
+                                      const struct bucket_table *tbl)
+{
+       /* Shrink table beneath 30% load */
+       return atomic_read(&ht->nelems) < (tbl->size * 3 / 10) &&
+              tbl->size > ht->p.min_size;
+}
+
+/**
+ * rht_grow_above_100 - returns true if nelems > table-size
+ * @ht:                hash table
+ * @tbl:       current table
+ */
+static inline bool rht_grow_above_100(const struct rhashtable *ht,
+                                     const struct bucket_table *tbl)
+{
+       return atomic_read(&ht->nelems) > tbl->size &&
+               (!ht->p.max_size || tbl->size < ht->p.max_size);
+}
+
+/* The bucket lock is selected based on the hash and protects mutations
+ * on a group of hash buckets.
+ *
+ * A maximum of tbl->size/2 bucket locks is allocated. This ensures that
+ * a single lock always covers both buckets which may both contains
+ * entries which link to the same bucket of the old table during resizing.
+ * This allows to simplify the locking as locking the bucket in both
+ * tables during resize always guarantee protection.
+ *
+ * IMPORTANT: When holding the bucket lock of both the old and new table
+ * during expansions and shrinking, the old bucket lock must always be
+ * acquired first.
+ */
+static inline spinlock_t *rht_bucket_lock(const struct bucket_table *tbl,
+                                         unsigned int hash)
+{
+       return &tbl->locks[hash & tbl->locks_mask];
+}
+
 #ifdef CONFIG_PROVE_LOCKING
 int lockdep_rht_mutex_is_held(struct rhashtable *ht);
 int lockdep_rht_bucket_is_held(const struct bucket_table *tbl, u32 hash);
@@ -178,23 +321,13 @@ static inline int lockdep_rht_bucket_is_held(const struct bucket_table *tbl,
 }
 #endif /* CONFIG_PROVE_LOCKING */
 
-int rhashtable_init(struct rhashtable *ht, struct rhashtable_params *params);
-
-void rhashtable_insert(struct rhashtable *ht, struct rhash_head *node);
-bool rhashtable_remove(struct rhashtable *ht, struct rhash_head *node);
-
-int rhashtable_expand(struct rhashtable *ht);
-int rhashtable_shrink(struct rhashtable *ht);
+int rhashtable_init(struct rhashtable *ht,
+                   const struct rhashtable_params *params);
 
-void *rhashtable_lookup(struct rhashtable *ht, const void *key);
-void *rhashtable_lookup_compare(struct rhashtable *ht, const void *key,
-                               bool (*compare)(void *, void *), void *arg);
-
-bool rhashtable_lookup_insert(struct rhashtable *ht, struct rhash_head *obj);
-bool rhashtable_lookup_compare_insert(struct rhashtable *ht,
-                                     struct rhash_head *obj,
-                                     bool (*compare)(void *, void *),
-                                     void *arg);
+int rhashtable_insert_slow(struct rhashtable *ht, const void *key,
+                          struct rhash_head *obj,
+                          struct bucket_table *old_tbl);
+int rhashtable_insert_rehash(struct rhashtable *ht);
 
 int rhashtable_walk_init(struct rhashtable *ht, struct rhashtable_iter *iter);
 void rhashtable_walk_exit(struct rhashtable_iter *iter);
@@ -202,6 +335,9 @@ int rhashtable_walk_start(struct rhashtable_iter *iter) __acquires(RCU);
 void *rhashtable_walk_next(struct rhashtable_iter *iter);
 void rhashtable_walk_stop(struct rhashtable_iter *iter) __releases(RCU);
 
+void rhashtable_free_and_destroy(struct rhashtable *ht,
+                                void (*free_fn)(void *ptr, void *arg),
+                                void *arg);
 void rhashtable_destroy(struct rhashtable *ht);
 
 #define rht_dereference(p, ht) \
@@ -352,4 +488,316 @@ void rhashtable_destroy(struct rhashtable *ht);
        rht_for_each_entry_rcu_continue(tpos, pos, (tbl)->buckets[hash],\
                                        tbl, hash, member)
 
+static inline int rhashtable_compare(struct rhashtable_compare_arg *arg,
+                                    const void *obj)
+{
+       struct rhashtable *ht = arg->ht;
+       const char *ptr = obj;
+
+       return memcmp(ptr + ht->p.key_offset, arg->key, ht->p.key_len);
+}
+
+/**
+ * rhashtable_lookup_fast - search hash table, inlined version
+ * @ht:                hash table
+ * @key:       the pointer to the key
+ * @params:    hash table parameters
+ *
+ * Computes the hash value for the key and traverses the bucket chain looking
+ * for a entry with an identical key. The first matching entry is returned.
+ *
+ * Returns the first entry on which the compare function returned true.
+ */
+static inline void *rhashtable_lookup_fast(
+       struct rhashtable *ht, const void *key,
+       const struct rhashtable_params params)
+{
+       struct rhashtable_compare_arg arg = {
+               .ht = ht,
+               .key = key,
+       };
+       const struct bucket_table *tbl;
+       struct rhash_head *he;
+       unsigned int hash;
+
+       rcu_read_lock();
+
+       tbl = rht_dereference_rcu(ht->tbl, ht);
+restart:
+       hash = rht_key_hashfn(ht, tbl, key, params);
+       rht_for_each_rcu(he, tbl, hash) {
+               if (params.obj_cmpfn ?
+                   params.obj_cmpfn(&arg, rht_obj(ht, he)) :
+                   rhashtable_compare(&arg, rht_obj(ht, he)))
+                       continue;
+               rcu_read_unlock();
+               return rht_obj(ht, he);
+       }
+
+       /* Ensure we see any new tables. */
+       smp_rmb();
+
+       tbl = rht_dereference_rcu(tbl->future_tbl, ht);
+       if (unlikely(tbl))
+               goto restart;
+       rcu_read_unlock();
+
+       return NULL;
+}
+
+/* Internal function, please use rhashtable_insert_fast() instead */
+static inline int __rhashtable_insert_fast(
+       struct rhashtable *ht, const void *key, struct rhash_head *obj,
+       const struct rhashtable_params params)
+{
+       struct rhashtable_compare_arg arg = {
+               .ht = ht,
+               .key = key,
+       };
+       struct bucket_table *tbl, *new_tbl;
+       struct rhash_head *head;
+       spinlock_t *lock;
+       unsigned int elasticity;
+       unsigned int hash;
+       int err;
+
+restart:
+       rcu_read_lock();
+
+       tbl = rht_dereference_rcu(ht->tbl, ht);
+
+       /* All insertions must grab the oldest table containing
+        * the hashed bucket that is yet to be rehashed.
+        */
+       for (;;) {
+               hash = rht_head_hashfn(ht, tbl, obj, params);
+               lock = rht_bucket_lock(tbl, hash);
+               spin_lock_bh(lock);
+
+               if (tbl->rehash <= hash)
+                       break;
+
+               spin_unlock_bh(lock);
+               tbl = rht_dereference_rcu(tbl->future_tbl, ht);
+       }
+
+       new_tbl = rht_dereference_rcu(tbl->future_tbl, ht);
+       if (unlikely(new_tbl)) {
+               err = rhashtable_insert_slow(ht, key, obj, new_tbl);
+               if (err == -EAGAIN)
+                       goto slow_path;
+               goto out;
+       }
+
+       if (unlikely(rht_grow_above_100(ht, tbl))) {
+slow_path:
+               spin_unlock_bh(lock);
+               err = rhashtable_insert_rehash(ht);
+               rcu_read_unlock();
+               if (err)
+                       return err;
+
+               goto restart;
+       }
+
+       err = -EEXIST;
+       elasticity = ht->elasticity;
+       rht_for_each(head, tbl, hash) {
+               if (key &&
+                   unlikely(!(params.obj_cmpfn ?
+                              params.obj_cmpfn(&arg, rht_obj(ht, head)) :
+                              rhashtable_compare(&arg, rht_obj(ht, head)))))
+                       goto out;
+               if (!--elasticity)
+                       goto slow_path;
+       }
+
+       err = 0;
+
+       head = rht_dereference_bucket(tbl->buckets[hash], tbl, hash);
+
+       RCU_INIT_POINTER(obj->next, head);
+
+       rcu_assign_pointer(tbl->buckets[hash], obj);
+
+       atomic_inc(&ht->nelems);
+       if (rht_grow_above_75(ht, tbl))
+               schedule_work(&ht->run_work);
+
+out:
+       spin_unlock_bh(lock);
+       rcu_read_unlock();
+
+       return err;
+}
+
+/**
+ * rhashtable_insert_fast - insert object into hash table
+ * @ht:                hash table
+ * @obj:       pointer to hash head inside object
+ * @params:    hash table parameters
+ *
+ * Will take a per bucket spinlock to protect against mutual mutations
+ * on the same bucket. Multiple insertions may occur in parallel unless
+ * they map to the same bucket lock.
+ *
+ * It is safe to call this function from atomic context.
+ *
+ * Will trigger an automatic deferred table resizing if the size grows
+ * beyond the watermark indicated by grow_decision() which can be passed
+ * to rhashtable_init().
+ */
+static inline int rhashtable_insert_fast(
+       struct rhashtable *ht, struct rhash_head *obj,
+       const struct rhashtable_params params)
+{
+       return __rhashtable_insert_fast(ht, NULL, obj, params);
+}
+
+/**
+ * rhashtable_lookup_insert_fast - lookup and insert object into hash table
+ * @ht:                hash table
+ * @obj:       pointer to hash head inside object
+ * @params:    hash table parameters
+ *
+ * Locks down the bucket chain in both the old and new table if a resize
+ * is in progress to ensure that writers can't remove from the old table
+ * and can't insert to the new table during the atomic operation of search
+ * and insertion. Searches for duplicates in both the old and new table if
+ * a resize is in progress.
+ *
+ * This lookup function may only be used for fixed key hash table (key_len
+ * parameter set). It will BUG() if used inappropriately.
+ *
+ * It is safe to call this function from atomic context.
+ *
+ * Will trigger an automatic deferred table resizing if the size grows
+ * beyond the watermark indicated by grow_decision() which can be passed
+ * to rhashtable_init().
+ */
+static inline int rhashtable_lookup_insert_fast(
+       struct rhashtable *ht, struct rhash_head *obj,
+       const struct rhashtable_params params)
+{
+       const char *key = rht_obj(ht, obj);
+
+       BUG_ON(ht->p.obj_hashfn);
+
+       return __rhashtable_insert_fast(ht, key + ht->p.key_offset, obj,
+                                       params);
+}
+
+/**
+ * rhashtable_lookup_insert_key - search and insert object to hash table
+ *                               with explicit key
+ * @ht:                hash table
+ * @key:       key
+ * @obj:       pointer to hash head inside object
+ * @params:    hash table parameters
+ *
+ * Locks down the bucket chain in both the old and new table if a resize
+ * is in progress to ensure that writers can't remove from the old table
+ * and can't insert to the new table during the atomic operation of search
+ * and insertion. Searches for duplicates in both the old and new table if
+ * a resize is in progress.
+ *
+ * Lookups may occur in parallel with hashtable mutations and resizing.
+ *
+ * Will trigger an automatic deferred table resizing if the size grows
+ * beyond the watermark indicated by grow_decision() which can be passed
+ * to rhashtable_init().
+ *
+ * Returns zero on success.
+ */
+static inline int rhashtable_lookup_insert_key(
+       struct rhashtable *ht, const void *key, struct rhash_head *obj,
+       const struct rhashtable_params params)
+{
+       BUG_ON(!ht->p.obj_hashfn || !key);
+
+       return __rhashtable_insert_fast(ht, key, obj, params);
+}
+
+/* Internal function, please use rhashtable_remove_fast() instead */
+static inline int __rhashtable_remove_fast(
+       struct rhashtable *ht, struct bucket_table *tbl,
+       struct rhash_head *obj, const struct rhashtable_params params)
+{
+       struct rhash_head __rcu **pprev;
+       struct rhash_head *he;
+       spinlock_t * lock;
+       unsigned int hash;
+       int err = -ENOENT;
+
+       hash = rht_head_hashfn(ht, tbl, obj, params);
+       lock = rht_bucket_lock(tbl, hash);
+
+       spin_lock_bh(lock);
+
+       pprev = &tbl->buckets[hash];
+       rht_for_each(he, tbl, hash) {
+               if (he != obj) {
+                       pprev = &he->next;
+                       continue;
+               }
+
+               rcu_assign_pointer(*pprev, obj->next);
+               err = 0;
+               break;
+       }
+
+       spin_unlock_bh(lock);
+
+       return err;
+}
+
+/**
+ * rhashtable_remove_fast - remove object from hash table
+ * @ht:                hash table
+ * @obj:       pointer to hash head inside object
+ * @params:    hash table parameters
+ *
+ * Since the hash chain is single linked, the removal operation needs to
+ * walk the bucket chain upon removal. The removal operation is thus
+ * considerable slow if the hash table is not correctly sized.
+ *
+ * Will automatically shrink the table via rhashtable_expand() if the
+ * shrink_decision function specified at rhashtable_init() returns true.
+ *
+ * Returns zero on success, -ENOENT if the entry could not be found.
+ */
+static inline int rhashtable_remove_fast(
+       struct rhashtable *ht, struct rhash_head *obj,
+       const struct rhashtable_params params)
+{
+       struct bucket_table *tbl;
+       int err;
+
+       rcu_read_lock();
+
+       tbl = rht_dereference_rcu(ht->tbl, ht);
+
+       /* Because we have already taken (and released) the bucket
+        * lock in old_tbl, if we find that future_tbl is not yet
+        * visible then that guarantees the entry to still be in
+        * the old tbl if it exists.
+        */
+       while ((err = __rhashtable_remove_fast(ht, tbl, obj, params)) &&
+              (tbl = rht_dereference_rcu(tbl->future_tbl, ht)))
+               ;
+
+       if (err)
+               goto out;
+
+       atomic_dec(&ht->nelems);
+       if (unlikely(ht->p.automatic_shrinking &&
+                    rht_shrink_below_30(ht, tbl)))
+               schedule_work(&ht->run_work);
+
+out:
+       rcu_read_unlock();
+
+       return err;
+}
+
 #endif /* _LINUX_RHASHTABLE_H */