Merge tag 'xtensa-20181115' of git://github.com/jcmvbkbc/linux-xtensa
[linux-2.6-block.git] / lib / idr.c
index fab2fd5bc326bef8bdc9277485d9fe0d4ec50733..cb1db9b8d3f6db9c517d1959a09963a762713877 100644 (file)
--- a/lib/idr.c
+++ b/lib/idr.c
@@ -6,8 +6,6 @@
 #include <linux/spinlock.h>
 #include <linux/xarray.h>
 
-DEFINE_PER_CPU(struct ida_bitmap *, ida_bitmap);
-
 /**
  * idr_alloc_u32() - Allocate an ID.
  * @idr: IDR handle.
@@ -39,10 +37,8 @@ int idr_alloc_u32(struct idr *idr, void *ptr, u32 *nextid,
        unsigned int base = idr->idr_base;
        unsigned int id = *nextid;
 
-       if (WARN_ON_ONCE(radix_tree_is_internal_node(ptr)))
-               return -EINVAL;
-       if (WARN_ON_ONCE(!(idr->idr_rt.gfp_mask & ROOT_IS_IDR)))
-               idr->idr_rt.gfp_mask |= IDR_RT_MARKER;
+       if (WARN_ON_ONCE(!(idr->idr_rt.xa_flags & ROOT_IS_IDR)))
+               idr->idr_rt.xa_flags |= IDR_RT_MARKER;
 
        id = (id < base) ? 0 : id - base;
        radix_tree_iter_init(&iter, id);
@@ -295,15 +291,13 @@ void *idr_replace(struct idr *idr, void *ptr, unsigned long id)
        void __rcu **slot = NULL;
        void *entry;
 
-       if (WARN_ON_ONCE(radix_tree_is_internal_node(ptr)))
-               return ERR_PTR(-EINVAL);
        id -= idr->idr_base;
 
        entry = __radix_tree_lookup(&idr->idr_rt, id, &node, &slot);
        if (!slot || radix_tree_tag_get(&idr->idr_rt, id, IDR_FREE))
                return ERR_PTR(-ENOENT);
 
-       __radix_tree_replace(&idr->idr_rt, node, slot, ptr, NULL);
+       __radix_tree_replace(&idr->idr_rt, node, slot, ptr);
 
        return entry;
 }
@@ -324,6 +318,9 @@ EXPORT_SYMBOL(idr_replace);
  * free the individual IDs in it.  You can use ida_is_empty() to find
  * out whether the IDA has any IDs currently allocated.
  *
+ * The IDA handles its own locking.  It is safe to call any of the IDA
+ * functions without synchronisation in your code.
+ *
  * IDs are currently limited to the range [0-INT_MAX].  If this is an awkward
  * limitation, it should be quite straightforward to raise the maximum.
  */
@@ -331,161 +328,197 @@ EXPORT_SYMBOL(idr_replace);
 /*
  * Developer's notes:
  *
- * The IDA uses the functionality provided by the IDR & radix tree to store
- * bitmaps in each entry.  The IDR_FREE tag means there is at least one bit
- * free, unlike the IDR where it means at least one entry is free.
+ * The IDA uses the functionality provided by the XArray to store bitmaps in
+ * each entry.  The XA_FREE_MARK is only cleared when all bits in the bitmap
+ * have been set.
  *
- * I considered telling the radix tree that each slot is an order-10 node
- * and storing the bit numbers in the radix tree, but the radix tree can't
- * allow a single multiorder entry at index 0, which would significantly
- * increase memory consumption for the IDA.  So instead we divide the index
- * by the number of bits in the leaf bitmap before doing a radix tree lookup.
+ * I considered telling the XArray that each slot is an order-10 node
+ * and indexing by bit number, but the XArray can't allow a single multi-index
+ * entry in the head, which would significantly increase memory consumption
+ * for the IDA.  So instead we divide the index by the number of bits in the
+ * leaf bitmap before doing a radix tree lookup.
  *
  * As an optimisation, if there are only a few low bits set in any given
- * leaf, instead of allocating a 128-byte bitmap, we use the 'exceptional
- * entry' functionality of the radix tree to store BITS_PER_LONG - 2 bits
- * directly in the entry.  By being really tricksy, we could store
- * BITS_PER_LONG - 1 bits, but there're diminishing returns after optimising
- * for 0-3 allocated IDs.
- *
- * We allow the radix tree 'exceptional' count to get out of date.  Nothing
- * in the IDA nor the radix tree code checks it.  If it becomes important
- * to maintain an accurate exceptional count, switch the rcu_assign_pointer()
- * calls to radix_tree_iter_replace() which will correct the exceptional
- * count.
- *
- * The IDA always requires a lock to alloc/free.  If we add a 'test_bit'
+ * leaf, instead of allocating a 128-byte bitmap, we store the bits
+ * as a value entry.  Value entries never have the XA_FREE_MARK cleared
+ * because we can always convert them into a bitmap entry.
+ *
+ * It would be possible to optimise further; once we've run out of a
+ * single 128-byte bitmap, we currently switch to a 576-byte node, put
+ * the 128-byte bitmap in the first entry and then start allocating extra
+ * 128-byte entries.  We could instead use the 512 bytes of the node's
+ * data as a bitmap before moving to that scheme.  I do not believe this
+ * is a worthwhile optimisation; Rasmus Villemoes surveyed the current
+ * users of the IDA and almost none of them use more than 1024 entries.
+ * Those that do use more than the 8192 IDs that the 512 bytes would
+ * provide.
+ *
+ * The IDA always uses a lock to alloc/free.  If we add a 'test_bit'
  * equivalent, it will still need locking.  Going to RCU lookup would require
  * using RCU to free bitmaps, and that's not trivial without embedding an
  * RCU head in the bitmap, which adds a 2-pointer overhead to each 128-byte
  * bitmap, which is excessive.
  */
 
-#define IDA_MAX (0x80000000U / IDA_BITMAP_BITS - 1)
-
-static int ida_get_new_above(struct ida *ida, int start)
+/**
+ * ida_alloc_range() - Allocate an unused ID.
+ * @ida: IDA handle.
+ * @min: Lowest ID to allocate.
+ * @max: Highest ID to allocate.
+ * @gfp: Memory allocation flags.
+ *
+ * Allocate an ID between @min and @max, inclusive.  The allocated ID will
+ * not exceed %INT_MAX, even if @max is larger.
+ *
+ * Context: Any context.
+ * Return: The allocated ID, or %-ENOMEM if memory could not be allocated,
+ * or %-ENOSPC if there are no free IDs.
+ */
+int ida_alloc_range(struct ida *ida, unsigned int min, unsigned int max,
+                       gfp_t gfp)
 {
-       struct radix_tree_root *root = &ida->ida_rt;
-       void __rcu **slot;
-       struct radix_tree_iter iter;
-       struct ida_bitmap *bitmap;
-       unsigned long index;
-       unsigned bit, ebit;
-       int new;
-
-       index = start / IDA_BITMAP_BITS;
-       bit = start % IDA_BITMAP_BITS;
-       ebit = bit + RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_SHIFT;
-
-       slot = radix_tree_iter_init(&iter, index);
-       for (;;) {
-               if (slot)
-                       slot = radix_tree_next_slot(slot, &iter,
-                                               RADIX_TREE_ITER_TAGGED);
-               if (!slot) {
-                       slot = idr_get_free(root, &iter, GFP_NOWAIT, IDA_MAX);
-                       if (IS_ERR(slot)) {
-                               if (slot == ERR_PTR(-ENOMEM))
-                                       return -EAGAIN;
-                               return PTR_ERR(slot);
+       XA_STATE(xas, &ida->xa, min / IDA_BITMAP_BITS);
+       unsigned bit = min % IDA_BITMAP_BITS;
+       unsigned long flags;
+       struct ida_bitmap *bitmap, *alloc = NULL;
+
+       if ((int)min < 0)
+               return -ENOSPC;
+
+       if ((int)max < 0)
+               max = INT_MAX;
+
+retry:
+       xas_lock_irqsave(&xas, flags);
+next:
+       bitmap = xas_find_marked(&xas, max / IDA_BITMAP_BITS, XA_FREE_MARK);
+       if (xas.xa_index > min / IDA_BITMAP_BITS)
+               bit = 0;
+       if (xas.xa_index * IDA_BITMAP_BITS + bit > max)
+               goto nospc;
+
+       if (xa_is_value(bitmap)) {
+               unsigned long tmp = xa_to_value(bitmap);
+
+               if (bit < BITS_PER_XA_VALUE) {
+                       bit = find_next_zero_bit(&tmp, BITS_PER_XA_VALUE, bit);
+                       if (xas.xa_index * IDA_BITMAP_BITS + bit > max)
+                               goto nospc;
+                       if (bit < BITS_PER_XA_VALUE) {
+                               tmp |= 1UL << bit;
+                               xas_store(&xas, xa_mk_value(tmp));
+                               goto out;
                        }
                }
-               if (iter.index > index) {
-                       bit = 0;
-                       ebit = RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_SHIFT;
-               }
-               new = iter.index * IDA_BITMAP_BITS;
-               bitmap = rcu_dereference_raw(*slot);
-               if (radix_tree_exception(bitmap)) {
-                       unsigned long tmp = (unsigned long)bitmap;
-                       ebit = find_next_zero_bit(&tmp, BITS_PER_LONG, ebit);
-                       if (ebit < BITS_PER_LONG) {
-                               tmp |= 1UL << ebit;
-                               rcu_assign_pointer(*slot, (void *)tmp);
-                               return new + ebit -
-                                       RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_SHIFT;
-                       }
-                       bitmap = this_cpu_xchg(ida_bitmap, NULL);
-                       if (!bitmap)
-                               return -EAGAIN;
-                       bitmap->bitmap[0] = tmp >> RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_SHIFT;
-                       rcu_assign_pointer(*slot, bitmap);
+               bitmap = alloc;
+               if (!bitmap)
+                       bitmap = kzalloc(sizeof(*bitmap), GFP_NOWAIT);
+               if (!bitmap)
+                       goto alloc;
+               bitmap->bitmap[0] = tmp;
+               xas_store(&xas, bitmap);
+               if (xas_error(&xas)) {
+                       bitmap->bitmap[0] = 0;
+                       goto out;
                }
+       }
 
-               if (bitmap) {
-                       bit = find_next_zero_bit(bitmap->bitmap,
-                                                       IDA_BITMAP_BITS, bit);
-                       new += bit;
-                       if (new < 0)
-                               return -ENOSPC;
-                       if (bit == IDA_BITMAP_BITS)
-                               continue;
+       if (bitmap) {
+               bit = find_next_zero_bit(bitmap->bitmap, IDA_BITMAP_BITS, bit);
+               if (xas.xa_index * IDA_BITMAP_BITS + bit > max)
+                       goto nospc;
+               if (bit == IDA_BITMAP_BITS)
+                       goto next;
 
-                       __set_bit(bit, bitmap->bitmap);
-                       if (bitmap_full(bitmap->bitmap, IDA_BITMAP_BITS))
-                               radix_tree_iter_tag_clear(root, &iter,
-                                                               IDR_FREE);
+               __set_bit(bit, bitmap->bitmap);
+               if (bitmap_full(bitmap->bitmap, IDA_BITMAP_BITS))
+                       xas_clear_mark(&xas, XA_FREE_MARK);
+       } else {
+               if (bit < BITS_PER_XA_VALUE) {
+                       bitmap = xa_mk_value(1UL << bit);
                } else {
-                       new += bit;
-                       if (new < 0)
-                               return -ENOSPC;
-                       if (ebit < BITS_PER_LONG) {
-                               bitmap = (void *)((1UL << ebit) |
-                                               RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_ENTRY);
-                               radix_tree_iter_replace(root, &iter, slot,
-                                               bitmap);
-                               return new;
-                       }
-                       bitmap = this_cpu_xchg(ida_bitmap, NULL);
+                       bitmap = alloc;
                        if (!bitmap)
-                               return -EAGAIN;
+                               bitmap = kzalloc(sizeof(*bitmap), GFP_NOWAIT);
+                       if (!bitmap)
+                               goto alloc;
                        __set_bit(bit, bitmap->bitmap);
-                       radix_tree_iter_replace(root, &iter, slot, bitmap);
                }
-
-               return new;
+               xas_store(&xas, bitmap);
+       }
+out:
+       xas_unlock_irqrestore(&xas, flags);
+       if (xas_nomem(&xas, gfp)) {
+               xas.xa_index = min / IDA_BITMAP_BITS;
+               bit = min % IDA_BITMAP_BITS;
+               goto retry;
        }
+       if (bitmap != alloc)
+               kfree(alloc);
+       if (xas_error(&xas))
+               return xas_error(&xas);
+       return xas.xa_index * IDA_BITMAP_BITS + bit;
+alloc:
+       xas_unlock_irqrestore(&xas, flags);
+       alloc = kzalloc(sizeof(*bitmap), gfp);
+       if (!alloc)
+               return -ENOMEM;
+       xas_set(&xas, min / IDA_BITMAP_BITS);
+       bit = min % IDA_BITMAP_BITS;
+       goto retry;
+nospc:
+       xas_unlock_irqrestore(&xas, flags);
+       return -ENOSPC;
 }
+EXPORT_SYMBOL(ida_alloc_range);
 
-static void ida_remove(struct ida *ida, int id)
+/**
+ * ida_free() - Release an allocated ID.
+ * @ida: IDA handle.
+ * @id: Previously allocated ID.
+ *
+ * Context: Any context.
+ */
+void ida_free(struct ida *ida, unsigned int id)
 {
-       unsigned long index = id / IDA_BITMAP_BITS;
-       unsigned offset = id % IDA_BITMAP_BITS;
+       XA_STATE(xas, &ida->xa, id / IDA_BITMAP_BITS);
+       unsigned bit = id % IDA_BITMAP_BITS;
        struct ida_bitmap *bitmap;
-       unsigned long *btmp;
-       struct radix_tree_iter iter;
-       void __rcu **slot;
+       unsigned long flags;
 
-       slot = radix_tree_iter_lookup(&ida->ida_rt, &iter, index);
-       if (!slot)
-               goto err;
+       BUG_ON((int)id < 0);
+
+       xas_lock_irqsave(&xas, flags);
+       bitmap = xas_load(&xas);
 
-       bitmap = rcu_dereference_raw(*slot);
-       if (radix_tree_exception(bitmap)) {
-               btmp = (unsigned long *)slot;
-               offset += RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_SHIFT;
-               if (offset >= BITS_PER_LONG)
+       if (xa_is_value(bitmap)) {
+               unsigned long v = xa_to_value(bitmap);
+               if (bit >= BITS_PER_XA_VALUE)
                        goto err;
+               if (!(v & (1UL << bit)))
+                       goto err;
+               v &= ~(1UL << bit);
+               if (!v)
+                       goto delete;
+               xas_store(&xas, xa_mk_value(v));
        } else {
-               btmp = bitmap->bitmap;
-       }
-       if (!test_bit(offset, btmp))
-               goto err;
-
-       __clear_bit(offset, btmp);
-       radix_tree_iter_tag_set(&ida->ida_rt, &iter, IDR_FREE);
-       if (radix_tree_exception(bitmap)) {
-               if (rcu_dereference_raw(*slot) ==
-                                       (void *)RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_ENTRY)
-                       radix_tree_iter_delete(&ida->ida_rt, &iter, slot);
-       } else if (bitmap_empty(btmp, IDA_BITMAP_BITS)) {
-               kfree(bitmap);
-               radix_tree_iter_delete(&ida->ida_rt, &iter, slot);
+               if (!test_bit(bit, bitmap->bitmap))
+                       goto err;
+               __clear_bit(bit, bitmap->bitmap);
+               xas_set_mark(&xas, XA_FREE_MARK);
+               if (bitmap_empty(bitmap->bitmap, IDA_BITMAP_BITS)) {
+                       kfree(bitmap);
+delete:
+                       xas_store(&xas, NULL);
+               }
        }
+       xas_unlock_irqrestore(&xas, flags);
        return;
  err:
+       xas_unlock_irqrestore(&xas, flags);
        WARN(1, "ida_free called for id=%d which is not allocated.\n", id);
 }
+EXPORT_SYMBOL(ida_free);
 
 /**
  * ida_destroy() - Free all IDs.
@@ -500,80 +533,60 @@ static void ida_remove(struct ida *ida, int id)
  */
 void ida_destroy(struct ida *ida)
 {
+       XA_STATE(xas, &ida->xa, 0);
+       struct ida_bitmap *bitmap;
        unsigned long flags;
-       struct radix_tree_iter iter;
-       void __rcu **slot;
 
-       xa_lock_irqsave(&ida->ida_rt, flags);
-       radix_tree_for_each_slot(slot, &ida->ida_rt, &iter, 0) {
-               struct ida_bitmap *bitmap = rcu_dereference_raw(*slot);
-               if (!radix_tree_exception(bitmap))
+       xas_lock_irqsave(&xas, flags);
+       xas_for_each(&xas, bitmap, ULONG_MAX) {
+               if (!xa_is_value(bitmap))
                        kfree(bitmap);
-               radix_tree_iter_delete(&ida->ida_rt, &iter, slot);
+               xas_store(&xas, NULL);
        }
-       xa_unlock_irqrestore(&ida->ida_rt, flags);
+       xas_unlock_irqrestore(&xas, flags);
 }
 EXPORT_SYMBOL(ida_destroy);
 
-/**
- * ida_alloc_range() - Allocate an unused ID.
- * @ida: IDA handle.
- * @min: Lowest ID to allocate.
- * @max: Highest ID to allocate.
- * @gfp: Memory allocation flags.
- *
- * Allocate an ID between @min and @max, inclusive.  The allocated ID will
- * not exceed %INT_MAX, even if @max is larger.
- *
- * Context: Any context.
- * Return: The allocated ID, or %-ENOMEM if memory could not be allocated,
- * or %-ENOSPC if there are no free IDs.
- */
-int ida_alloc_range(struct ida *ida, unsigned int min, unsigned int max,
-                       gfp_t gfp)
-{
-       int id = 0;
-       unsigned long flags;
+#ifndef __KERNEL__
+extern void xa_dump_index(unsigned long index, unsigned int shift);
+#define IDA_CHUNK_SHIFT                ilog2(IDA_BITMAP_BITS)
 
-       if ((int)min < 0)
-               return -ENOSPC;
-
-       if ((int)max < 0)
-               max = INT_MAX;
-
-again:
-       xa_lock_irqsave(&ida->ida_rt, flags);
-       id = ida_get_new_above(ida, min);
-       if (id > (int)max) {
-               ida_remove(ida, id);
-               id = -ENOSPC;
-       }
-       xa_unlock_irqrestore(&ida->ida_rt, flags);
+static void ida_dump_entry(void *entry, unsigned long index)
+{
+       unsigned long i;
+
+       if (!entry)
+               return;
+
+       if (xa_is_node(entry)) {
+               struct xa_node *node = xa_to_node(entry);
+               unsigned int shift = node->shift + IDA_CHUNK_SHIFT +
+                       XA_CHUNK_SHIFT;
+
+               xa_dump_index(index * IDA_BITMAP_BITS, shift);
+               xa_dump_node(node);
+               for (i = 0; i < XA_CHUNK_SIZE; i++)
+                       ida_dump_entry(node->slots[i],
+                                       index | (i << node->shift));
+       } else if (xa_is_value(entry)) {
+               xa_dump_index(index * IDA_BITMAP_BITS, ilog2(BITS_PER_LONG));
+               pr_cont("value: data %lx [%px]\n", xa_to_value(entry), entry);
+       } else {
+               struct ida_bitmap *bitmap = entry;
 
-       if (unlikely(id == -EAGAIN)) {
-               if (!ida_pre_get(ida, gfp))
-                       return -ENOMEM;
-               goto again;
+               xa_dump_index(index * IDA_BITMAP_BITS, IDA_CHUNK_SHIFT);
+               pr_cont("bitmap: %p data", bitmap);
+               for (i = 0; i < IDA_BITMAP_LONGS; i++)
+                       pr_cont(" %lx", bitmap->bitmap[i]);
+               pr_cont("\n");
        }
-
-       return id;
 }
-EXPORT_SYMBOL(ida_alloc_range);
 
-/**
- * ida_free() - Release an allocated ID.
- * @ida: IDA handle.
- * @id: Previously allocated ID.
- *
- * Context: Any context.
- */
-void ida_free(struct ida *ida, unsigned int id)
+static void ida_dump(struct ida *ida)
 {
-       unsigned long flags;
-
-       BUG_ON((int)id < 0);
-       xa_lock_irqsave(&ida->ida_rt, flags);
-       ida_remove(ida, id);
-       xa_unlock_irqrestore(&ida->ida_rt, flags);
+       struct xarray *xa = &ida->xa;
+       pr_debug("ida: %p node %p free %d\n", ida, xa->xa_head,
+                               xa->xa_flags >> ROOT_TAG_SHIFT);
+       ida_dump_entry(xa->xa_head, 0);
 }
-EXPORT_SYMBOL(ida_free);
+#endif