zsmalloc: introduce zs_can_compact() function
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / mm / zsmalloc.c
1 /*
2  * zsmalloc memory allocator
3  *
4  * Copyright (C) 2011  Nitin Gupta
5  * Copyright (C) 2012, 2013 Minchan Kim
6  *
7  * This code is released using a dual license strategy: BSD/GPL
8  * You can choose the license that better fits your requirements.
9  *
10  * Released under the terms of 3-clause BSD License
11  * Released under the terms of GNU General Public License Version 2.0
12  */
13
14 /*
15  * Following is how we use various fields and flags of underlying
16  * struct page(s) to form a zspage.
17  *
18  * Usage of struct page fields:
19  *      page->first_page: points to the first component (0-order) page
20  *      page->index (union with page->freelist): offset of the first object
21  *              starting in this page. For the first page, this is
22  *              always 0, so we use this field (aka freelist) to point
23  *              to the first free object in zspage.
24  *      page->lru: links together all component pages (except the first page)
25  *              of a zspage
26  *
27  *      For _first_ page only:
28  *
29  *      page->private (union with page->first_page): refers to the
30  *              component page after the first page
31  *              If the page is first_page for huge object, it stores handle.
32  *              Look at size_class->huge.
33  *      page->freelist: points to the first free object in zspage.
34  *              Free objects are linked together using in-place
35  *              metadata.
36  *      page->objects: maximum number of objects we can store in this
37  *              zspage (class->zspage_order * PAGE_SIZE / class->size)
38  *      page->lru: links together first pages of various zspages.
39  *              Basically forming list of zspages in a fullness group.
40  *      page->mapping: class index and fullness group of the zspage
41  *
42  * Usage of struct page flags:
43  *      PG_private: identifies the first component page
44  *      PG_private2: identifies the last component page
45  *
46  */
47
48 #include <linux/module.h>
49 #include <linux/kernel.h>
50 #include <linux/sched.h>
51 #include <linux/bitops.h>
52 #include <linux/errno.h>
53 #include <linux/highmem.h>
54 #include <linux/string.h>
55 #include <linux/slab.h>
56 #include <asm/tlbflush.h>
57 #include <asm/pgtable.h>
58 #include <linux/cpumask.h>
59 #include <linux/cpu.h>
60 #include <linux/vmalloc.h>
61 #include <linux/hardirq.h>
62 #include <linux/spinlock.h>
63 #include <linux/types.h>
64 #include <linux/debugfs.h>
65 #include <linux/zsmalloc.h>
66 #include <linux/zpool.h>
67
68 /*
69  * This must be power of 2 and greater than of equal to sizeof(link_free).
70  * These two conditions ensure that any 'struct link_free' itself doesn't
71  * span more than 1 page which avoids complex case of mapping 2 pages simply
72  * to restore link_free pointer values.
73  */
74 #define ZS_ALIGN                8
75
76 /*
77  * A single 'zspage' is composed of up to 2^N discontiguous 0-order (single)
78  * pages. ZS_MAX_ZSPAGE_ORDER defines upper limit on N.
79  */
80 #define ZS_MAX_ZSPAGE_ORDER 2
81 #define ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE (_AC(1, UL) << ZS_MAX_ZSPAGE_ORDER)
82
83 #define ZS_HANDLE_SIZE (sizeof(unsigned long))
84
85 /*
86  * Object location (<PFN>, <obj_idx>) is encoded as
87  * as single (unsigned long) handle value.
88  *
89  * Note that object index <obj_idx> is relative to system
90  * page <PFN> it is stored in, so for each sub-page belonging
91  * to a zspage, obj_idx starts with 0.
92  *
93  * This is made more complicated by various memory models and PAE.
94  */
95
96 #ifndef MAX_PHYSMEM_BITS
97 #ifdef CONFIG_HIGHMEM64G
98 #define MAX_PHYSMEM_BITS 36
99 #else /* !CONFIG_HIGHMEM64G */
100 /*
101  * If this definition of MAX_PHYSMEM_BITS is used, OBJ_INDEX_BITS will just
102  * be PAGE_SHIFT
103  */
104 #define MAX_PHYSMEM_BITS BITS_PER_LONG
105 #endif
106 #endif
107 #define _PFN_BITS               (MAX_PHYSMEM_BITS - PAGE_SHIFT)
108
109 /*
110  * Memory for allocating for handle keeps object position by
111  * encoding <page, obj_idx> and the encoded value has a room
112  * in least bit(ie, look at obj_to_location).
113  * We use the bit to synchronize between object access by
114  * user and migration.
115  */
116 #define HANDLE_PIN_BIT  0
117
118 /*
119  * Head in allocated object should have OBJ_ALLOCATED_TAG
120  * to identify the object was allocated or not.
121  * It's okay to add the status bit in the least bit because
122  * header keeps handle which is 4byte-aligned address so we
123  * have room for two bit at least.
124  */
125 #define OBJ_ALLOCATED_TAG 1
126 #define OBJ_TAG_BITS 1
127 #define OBJ_INDEX_BITS  (BITS_PER_LONG - _PFN_BITS - OBJ_TAG_BITS)
128 #define OBJ_INDEX_MASK  ((_AC(1, UL) << OBJ_INDEX_BITS) - 1)
129
130 #define MAX(a, b) ((a) >= (b) ? (a) : (b))
131 /* ZS_MIN_ALLOC_SIZE must be multiple of ZS_ALIGN */
132 #define ZS_MIN_ALLOC_SIZE \
133         MAX(32, (ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE << PAGE_SHIFT >> OBJ_INDEX_BITS))
134 /* each chunk includes extra space to keep handle */
135 #define ZS_MAX_ALLOC_SIZE       PAGE_SIZE
136
137 /*
138  * On systems with 4K page size, this gives 255 size classes! There is a
139  * trader-off here:
140  *  - Large number of size classes is potentially wasteful as free page are
141  *    spread across these classes
142  *  - Small number of size classes causes large internal fragmentation
143  *  - Probably its better to use specific size classes (empirically
144  *    determined). NOTE: all those class sizes must be set as multiple of
145  *    ZS_ALIGN to make sure link_free itself never has to span 2 pages.
146  *
147  *  ZS_MIN_ALLOC_SIZE and ZS_SIZE_CLASS_DELTA must be multiple of ZS_ALIGN
148  *  (reason above)
149  */
150 #define ZS_SIZE_CLASS_DELTA     (PAGE_SIZE >> 8)
151
152 /*
153  * We do not maintain any list for completely empty or full pages
154  */
155 enum fullness_group {
156         ZS_ALMOST_FULL,
157         ZS_ALMOST_EMPTY,
158         _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS,
159
160         ZS_EMPTY,
161         ZS_FULL
162 };
163
164 enum zs_stat_type {
165         OBJ_ALLOCATED,
166         OBJ_USED,
167         CLASS_ALMOST_FULL,
168         CLASS_ALMOST_EMPTY,
169         NR_ZS_STAT_TYPE,
170 };
171
172 struct zs_size_stat {
173         unsigned long objs[NR_ZS_STAT_TYPE];
174 };
175
176 #ifdef CONFIG_ZSMALLOC_STAT
177 static struct dentry *zs_stat_root;
178 #endif
179
180 /*
181  * number of size_classes
182  */
183 static int zs_size_classes;
184
185 /*
186  * We assign a page to ZS_ALMOST_EMPTY fullness group when:
187  *      n <= N / f, where
188  * n = number of allocated objects
189  * N = total number of objects zspage can store
190  * f = fullness_threshold_frac
191  *
192  * Similarly, we assign zspage to:
193  *      ZS_ALMOST_FULL  when n > N / f
194  *      ZS_EMPTY        when n == 0
195  *      ZS_FULL         when n == N
196  *
197  * (see: fix_fullness_group())
198  */
199 static const int fullness_threshold_frac = 4;
200
201 struct size_class {
202         spinlock_t lock;
203         struct page *fullness_list[_ZS_NR_FULLNESS_GROUPS];
204         /*
205          * Size of objects stored in this class. Must be multiple
206          * of ZS_ALIGN.
207          */
208         int size;
209         unsigned int index;
210
211         /* Number of PAGE_SIZE sized pages to combine to form a 'zspage' */
212         int pages_per_zspage;
213         struct zs_size_stat stats;
214
215         /* huge object: pages_per_zspage == 1 && maxobj_per_zspage == 1 */
216         bool huge;
217 };
218
219 /*
220  * Placed within free objects to form a singly linked list.
221  * For every zspage, first_page->freelist gives head of this list.
222  *
223  * This must be power of 2 and less than or equal to ZS_ALIGN
224  */
225 struct link_free {
226         union {
227                 /*
228                  * Position of next free chunk (encodes <PFN, obj_idx>)
229                  * It's valid for non-allocated object
230                  */
231                 void *next;
232                 /*
233                  * Handle of allocated object.
234                  */
235                 unsigned long handle;
236         };
237 };
238
239 struct zs_pool {
240         char *name;
241
242         struct size_class **size_class;
243         struct kmem_cache *handle_cachep;
244
245         gfp_t flags;    /* allocation flags used when growing pool */
246         atomic_long_t pages_allocated;
247
248 #ifdef CONFIG_ZSMALLOC_STAT
249         struct dentry *stat_dentry;
250 #endif
251 };
252
253 /*
254  * A zspage's class index and fullness group
255  * are encoded in its (first)page->mapping
256  */
257 #define CLASS_IDX_BITS  28
258 #define FULLNESS_BITS   4
259 #define CLASS_IDX_MASK  ((1 << CLASS_IDX_BITS) - 1)
260 #define FULLNESS_MASK   ((1 << FULLNESS_BITS) - 1)
261
262 struct mapping_area {
263 #ifdef CONFIG_PGTABLE_MAPPING
264         struct vm_struct *vm; /* vm area for mapping object that span pages */
265 #else
266         char *vm_buf; /* copy buffer for objects that span pages */
267 #endif
268         char *vm_addr; /* address of kmap_atomic()'ed pages */
269         enum zs_mapmode vm_mm; /* mapping mode */
270         bool huge;
271 };
272
273 static int create_handle_cache(struct zs_pool *pool)
274 {
275         pool->handle_cachep = kmem_cache_create("zs_handle", ZS_HANDLE_SIZE,
276                                         0, 0, NULL);
277         return pool->handle_cachep ? 0 : 1;
278 }
279
280 static void destroy_handle_cache(struct zs_pool *pool)
281 {
282         if (pool->handle_cachep)
283                 kmem_cache_destroy(pool->handle_cachep);
284 }
285
286 static unsigned long alloc_handle(struct zs_pool *pool)
287 {
288         return (unsigned long)kmem_cache_alloc(pool->handle_cachep,
289                 pool->flags & ~__GFP_HIGHMEM);
290 }
291
292 static void free_handle(struct zs_pool *pool, unsigned long handle)
293 {
294         kmem_cache_free(pool->handle_cachep, (void *)handle);
295 }
296
297 static void record_obj(unsigned long handle, unsigned long obj)
298 {
299         *(unsigned long *)handle = obj;
300 }
301
302 /* zpool driver */
303
304 #ifdef CONFIG_ZPOOL
305
306 static void *zs_zpool_create(char *name, gfp_t gfp, struct zpool_ops *zpool_ops,
307                              struct zpool *zpool)
308 {
309         return zs_create_pool(name, gfp);
310 }
311
312 static void zs_zpool_destroy(void *pool)
313 {
314         zs_destroy_pool(pool);
315 }
316
317 static int zs_zpool_malloc(void *pool, size_t size, gfp_t gfp,
318                         unsigned long *handle)
319 {
320         *handle = zs_malloc(pool, size);
321         return *handle ? 0 : -1;
322 }
323 static void zs_zpool_free(void *pool, unsigned long handle)
324 {
325         zs_free(pool, handle);
326 }
327
328 static int zs_zpool_shrink(void *pool, unsigned int pages,
329                         unsigned int *reclaimed)
330 {
331         return -EINVAL;
332 }
333
334 static void *zs_zpool_map(void *pool, unsigned long handle,
335                         enum zpool_mapmode mm)
336 {
337         enum zs_mapmode zs_mm;
338
339         switch (mm) {
340         case ZPOOL_MM_RO:
341                 zs_mm = ZS_MM_RO;
342                 break;
343         case ZPOOL_MM_WO:
344                 zs_mm = ZS_MM_WO;
345                 break;
346         case ZPOOL_MM_RW: /* fallthru */
347         default:
348                 zs_mm = ZS_MM_RW;
349                 break;
350         }
351
352         return zs_map_object(pool, handle, zs_mm);
353 }
354 static void zs_zpool_unmap(void *pool, unsigned long handle)
355 {
356         zs_unmap_object(pool, handle);
357 }
358
359 static u64 zs_zpool_total_size(void *pool)
360 {
361         return zs_get_total_pages(pool) << PAGE_SHIFT;
362 }
363
364 static struct zpool_driver zs_zpool_driver = {
365         .type =         "zsmalloc",
366         .owner =        THIS_MODULE,
367         .create =       zs_zpool_create,
368         .destroy =      zs_zpool_destroy,
369         .malloc =       zs_zpool_malloc,
370         .free =         zs_zpool_free,
371         .shrink =       zs_zpool_shrink,
372         .map =          zs_zpool_map,
373         .unmap =        zs_zpool_unmap,
374         .total_size =   zs_zpool_total_size,
375 };
376
377 MODULE_ALIAS("zpool-zsmalloc");
378 #endif /* CONFIG_ZPOOL */
379
380 static unsigned int get_maxobj_per_zspage(int size, int pages_per_zspage)
381 {
382         return pages_per_zspage * PAGE_SIZE / size;
383 }
384
385 /* per-cpu VM mapping areas for zspage accesses that cross page boundaries */
386 static DEFINE_PER_CPU(struct mapping_area, zs_map_area);
387
388 static int is_first_page(struct page *page)
389 {
390         return PagePrivate(page);
391 }
392
393 static int is_last_page(struct page *page)
394 {
395         return PagePrivate2(page);
396 }
397
398 static void get_zspage_mapping(struct page *page, unsigned int *class_idx,
399                                 enum fullness_group *fullness)
400 {
401         unsigned long m;
402         BUG_ON(!is_first_page(page));
403
404         m = (unsigned long)page->mapping;
405         *fullness = m & FULLNESS_MASK;
406         *class_idx = (m >> FULLNESS_BITS) & CLASS_IDX_MASK;
407 }
408
409 static void set_zspage_mapping(struct page *page, unsigned int class_idx,
410                                 enum fullness_group fullness)
411 {
412         unsigned long m;
413         BUG_ON(!is_first_page(page));
414
415         m = ((class_idx & CLASS_IDX_MASK) << FULLNESS_BITS) |
416                         (fullness & FULLNESS_MASK);
417         page->mapping = (struct address_space *)m;
418 }
419
420 /*
421  * zsmalloc divides the pool into various size classes where each
422  * class maintains a list of zspages where each zspage is divided
423  * into equal sized chunks. Each allocation falls into one of these
424  * classes depending on its size. This function returns index of the
425  * size class which has chunk size big enough to hold the give size.
426  */
427 static int get_size_class_index(int size)
428 {
429         int idx = 0;
430
431         if (likely(size > ZS_MIN_ALLOC_SIZE))
432                 idx = DIV_ROUND_UP(size - ZS_MIN_ALLOC_SIZE,
433                                 ZS_SIZE_CLASS_DELTA);
434
435         return min(zs_size_classes - 1, idx);
436 }
437
438 static inline void zs_stat_inc(struct size_class *class,
439                                 enum zs_stat_type type, unsigned long cnt)
440 {
441         class->stats.objs[type] += cnt;
442 }
443
444 static inline void zs_stat_dec(struct size_class *class,
445                                 enum zs_stat_type type, unsigned long cnt)
446 {
447         class->stats.objs[type] -= cnt;
448 }
449
450 static inline unsigned long zs_stat_get(struct size_class *class,
451                                 enum zs_stat_type type)
452 {
453         return class->stats.objs[type];
454 }
455
456 #ifdef CONFIG_ZSMALLOC_STAT
457
458 static int __init zs_stat_init(void)
459 {
460         if (!debugfs_initialized())
461                 return -ENODEV;
462
463         zs_stat_root = debugfs_create_dir("zsmalloc", NULL);
464         if (!zs_stat_root)
465                 return -ENOMEM;
466
467         return 0;
468 }
469
470 static void __exit zs_stat_exit(void)
471 {
472         debugfs_remove_recursive(zs_stat_root);
473 }
474
475 static int zs_stats_size_show(struct seq_file *s, void *v)
476 {
477         int i;
478         struct zs_pool *pool = s->private;
479         struct size_class *class;
480         int objs_per_zspage;
481         unsigned long class_almost_full, class_almost_empty;
482         unsigned long obj_allocated, obj_used, pages_used;
483         unsigned long total_class_almost_full = 0, total_class_almost_empty = 0;
484         unsigned long total_objs = 0, total_used_objs = 0, total_pages = 0;
485
486         seq_printf(s, " %5s %5s %11s %12s %13s %10s %10s %16s\n",
487                         "class", "size", "almost_full", "almost_empty",
488                         "obj_allocated", "obj_used", "pages_used",
489                         "pages_per_zspage");
490
491         for (i = 0; i < zs_size_classes; i++) {
492                 class = pool->size_class[i];
493
494                 if (class->index != i)
495                         continue;
496
497                 spin_lock(&class->lock);
498                 class_almost_full = zs_stat_get(class, CLASS_ALMOST_FULL);
499                 class_almost_empty = zs_stat_get(class, CLASS_ALMOST_EMPTY);
500                 obj_allocated = zs_stat_get(class, OBJ_ALLOCATED);
501                 obj_used = zs_stat_get(class, OBJ_USED);
502                 spin_unlock(&class->lock);
503
504                 objs_per_zspage = get_maxobj_per_zspage(class->size,
505                                 class->pages_per_zspage);
506                 pages_used = obj_allocated / objs_per_zspage *
507                                 class->pages_per_zspage;
508
509                 seq_printf(s, " %5u %5u %11lu %12lu %13lu %10lu %10lu %16d\n",
510                         i, class->size, class_almost_full, class_almost_empty,
511                         obj_allocated, obj_used, pages_used,
512                         class->pages_per_zspage);
513
514                 total_class_almost_full += class_almost_full;
515                 total_class_almost_empty += class_almost_empty;
516                 total_objs += obj_allocated;
517                 total_used_objs += obj_used;
518                 total_pages += pages_used;
519         }
520
521         seq_puts(s, "\n");
522         seq_printf(s, " %5s %5s %11lu %12lu %13lu %10lu %10lu\n",
523                         "Total", "", total_class_almost_full,
524                         total_class_almost_empty, total_objs,
525                         total_used_objs, total_pages);
526
527         return 0;
528 }
529
530 static int zs_stats_size_open(struct inode *inode, struct file *file)
531 {
532         return single_open(file, zs_stats_size_show, inode->i_private);
533 }
534
535 static const struct file_operations zs_stat_size_ops = {
536         .open           = zs_stats_size_open,
537         .read           = seq_read,
538         .llseek         = seq_lseek,
539         .release        = single_release,
540 };
541
542 static int zs_pool_stat_create(char *name, struct zs_pool *pool)
543 {
544         struct dentry *entry;
545
546         if (!zs_stat_root)
547                 return -ENODEV;
548
549         entry = debugfs_create_dir(name, zs_stat_root);
550         if (!entry) {
551                 pr_warn("debugfs dir <%s> creation failed\n", name);
552                 return -ENOMEM;
553         }
554         pool->stat_dentry = entry;
555
556         entry = debugfs_create_file("classes", S_IFREG | S_IRUGO,
557                         pool->stat_dentry, pool, &zs_stat_size_ops);
558         if (!entry) {
559                 pr_warn("%s: debugfs file entry <%s> creation failed\n",
560                                 name, "classes");
561                 return -ENOMEM;
562         }
563
564         return 0;
565 }
566
567 static void zs_pool_stat_destroy(struct zs_pool *pool)
568 {
569         debugfs_remove_recursive(pool->stat_dentry);
570 }
571
572 #else /* CONFIG_ZSMALLOC_STAT */
573 static int __init zs_stat_init(void)
574 {
575         return 0;
576 }
577
578 static void __exit zs_stat_exit(void)
579 {
580 }
581
582 static inline int zs_pool_stat_create(char *name, struct zs_pool *pool)
583 {
584         return 0;
585 }
586
587 static inline void zs_pool_stat_destroy(struct zs_pool *pool)
588 {
589 }
590 #endif
591
592
593 /*
594  * For each size class, zspages are divided into different groups
595  * depending on how "full" they are. This was done so that we could
596  * easily find empty or nearly empty zspages when we try to shrink
597  * the pool (not yet implemented). This function returns fullness
598  * status of the given page.
599  */
600 static enum fullness_group get_fullness_group(struct page *page)
601 {
602         int inuse, max_objects;
603         enum fullness_group fg;
604         BUG_ON(!is_first_page(page));
605
606         inuse = page->inuse;
607         max_objects = page->objects;
608
609         if (inuse == 0)
610                 fg = ZS_EMPTY;
611         else if (inuse == max_objects)
612                 fg = ZS_FULL;
613         else if (inuse <= 3 * max_objects / fullness_threshold_frac)
614                 fg = ZS_ALMOST_EMPTY;
615         else
616                 fg = ZS_ALMOST_FULL;
617
618         return fg;
619 }
620
621 /*
622  * Each size class maintains various freelists and zspages are assigned
623  * to one of these freelists based on the number of live objects they
624  * have. This functions inserts the given zspage into the freelist
625  * identified by <class, fullness_group>.
626  */
627 static void insert_zspage(struct page *page, struct size_class *class,
628                                 enum fullness_group fullness)
629 {
630         struct page **head;
631
632         BUG_ON(!is_first_page(page));
633
634         if (fullness >= _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS)
635                 return;
636
637         head = &class->fullness_list[fullness];
638         if (*head)
639                 list_add_tail(&page->lru, &(*head)->lru);
640
641         *head = page;
642         zs_stat_inc(class, fullness == ZS_ALMOST_EMPTY ?
643                         CLASS_ALMOST_EMPTY : CLASS_ALMOST_FULL, 1);
644 }
645
646 /*
647  * This function removes the given zspage from the freelist identified
648  * by <class, fullness_group>.
649  */
650 static void remove_zspage(struct page *page, struct size_class *class,
651                                 enum fullness_group fullness)
652 {
653         struct page **head;
654
655         BUG_ON(!is_first_page(page));
656
657         if (fullness >= _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS)
658                 return;
659
660         head = &class->fullness_list[fullness];
661         BUG_ON(!*head);
662         if (list_empty(&(*head)->lru))
663                 *head = NULL;
664         else if (*head == page)
665                 *head = (struct page *)list_entry((*head)->lru.next,
666                                         struct page, lru);
667
668         list_del_init(&page->lru);
669         zs_stat_dec(class, fullness == ZS_ALMOST_EMPTY ?
670                         CLASS_ALMOST_EMPTY : CLASS_ALMOST_FULL, 1);
671 }
672
673 /*
674  * Each size class maintains zspages in different fullness groups depending
675  * on the number of live objects they contain. When allocating or freeing
676  * objects, the fullness status of the page can change, say, from ALMOST_FULL
677  * to ALMOST_EMPTY when freeing an object. This function checks if such
678  * a status change has occurred for the given page and accordingly moves the
679  * page from the freelist of the old fullness group to that of the new
680  * fullness group.
681  */
682 static enum fullness_group fix_fullness_group(struct size_class *class,
683                                                 struct page *page)
684 {
685         int class_idx;
686         enum fullness_group currfg, newfg;
687
688         BUG_ON(!is_first_page(page));
689
690         get_zspage_mapping(page, &class_idx, &currfg);
691         newfg = get_fullness_group(page);
692         if (newfg == currfg)
693                 goto out;
694
695         remove_zspage(page, class, currfg);
696         insert_zspage(page, class, newfg);
697         set_zspage_mapping(page, class_idx, newfg);
698
699 out:
700         return newfg;
701 }
702
703 /*
704  * We have to decide on how many pages to link together
705  * to form a zspage for each size class. This is important
706  * to reduce wastage due to unusable space left at end of
707  * each zspage which is given as:
708  *     wastage = Zp % class_size
709  *     usage = Zp - wastage
710  * where Zp = zspage size = k * PAGE_SIZE where k = 1, 2, ...
711  *
712  * For example, for size class of 3/8 * PAGE_SIZE, we should
713  * link together 3 PAGE_SIZE sized pages to form a zspage
714  * since then we can perfectly fit in 8 such objects.
715  */
716 static int get_pages_per_zspage(int class_size)
717 {
718         int i, max_usedpc = 0;
719         /* zspage order which gives maximum used size per KB */
720         int max_usedpc_order = 1;
721
722         for (i = 1; i <= ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE; i++) {
723                 int zspage_size;
724                 int waste, usedpc;
725
726                 zspage_size = i * PAGE_SIZE;
727                 waste = zspage_size % class_size;
728                 usedpc = (zspage_size - waste) * 100 / zspage_size;
729
730                 if (usedpc > max_usedpc) {
731                         max_usedpc = usedpc;
732                         max_usedpc_order = i;
733                 }
734         }
735
736         return max_usedpc_order;
737 }
738
739 /*
740  * A single 'zspage' is composed of many system pages which are
741  * linked together using fields in struct page. This function finds
742  * the first/head page, given any component page of a zspage.
743  */
744 static struct page *get_first_page(struct page *page)
745 {
746         if (is_first_page(page))
747                 return page;
748         else
749                 return page->first_page;
750 }
751
752 static struct page *get_next_page(struct page *page)
753 {
754         struct page *next;
755
756         if (is_last_page(page))
757                 next = NULL;
758         else if (is_first_page(page))
759                 next = (struct page *)page_private(page);
760         else
761                 next = list_entry(page->lru.next, struct page, lru);
762
763         return next;
764 }
765
766 /*
767  * Encode <page, obj_idx> as a single handle value.
768  * We use the least bit of handle for tagging.
769  */
770 static void *location_to_obj(struct page *page, unsigned long obj_idx)
771 {
772         unsigned long obj;
773
774         if (!page) {
775                 BUG_ON(obj_idx);
776                 return NULL;
777         }
778
779         obj = page_to_pfn(page) << OBJ_INDEX_BITS;
780         obj |= ((obj_idx) & OBJ_INDEX_MASK);
781         obj <<= OBJ_TAG_BITS;
782
783         return (void *)obj;
784 }
785
786 /*
787  * Decode <page, obj_idx> pair from the given object handle. We adjust the
788  * decoded obj_idx back to its original value since it was adjusted in
789  * location_to_obj().
790  */
791 static void obj_to_location(unsigned long obj, struct page **page,
792                                 unsigned long *obj_idx)
793 {
794         obj >>= OBJ_TAG_BITS;
795         *page = pfn_to_page(obj >> OBJ_INDEX_BITS);
796         *obj_idx = (obj & OBJ_INDEX_MASK);
797 }
798
799 static unsigned long handle_to_obj(unsigned long handle)
800 {
801         return *(unsigned long *)handle;
802 }
803
804 static unsigned long obj_to_head(struct size_class *class, struct page *page,
805                         void *obj)
806 {
807         if (class->huge) {
808                 VM_BUG_ON(!is_first_page(page));
809                 return *(unsigned long *)page_private(page);
810         } else
811                 return *(unsigned long *)obj;
812 }
813
814 static unsigned long obj_idx_to_offset(struct page *page,
815                                 unsigned long obj_idx, int class_size)
816 {
817         unsigned long off = 0;
818
819         if (!is_first_page(page))
820                 off = page->index;
821
822         return off + obj_idx * class_size;
823 }
824
825 static inline int trypin_tag(unsigned long handle)
826 {
827         unsigned long *ptr = (unsigned long *)handle;
828
829         return !test_and_set_bit_lock(HANDLE_PIN_BIT, ptr);
830 }
831
832 static void pin_tag(unsigned long handle)
833 {
834         while (!trypin_tag(handle));
835 }
836
837 static void unpin_tag(unsigned long handle)
838 {
839         unsigned long *ptr = (unsigned long *)handle;
840
841         clear_bit_unlock(HANDLE_PIN_BIT, ptr);
842 }
843
844 static void reset_page(struct page *page)
845 {
846         clear_bit(PG_private, &page->flags);
847         clear_bit(PG_private_2, &page->flags);
848         set_page_private(page, 0);
849         page->mapping = NULL;
850         page->freelist = NULL;
851         page_mapcount_reset(page);
852 }
853
854 static void free_zspage(struct page *first_page)
855 {
856         struct page *nextp, *tmp, *head_extra;
857
858         BUG_ON(!is_first_page(first_page));
859         BUG_ON(first_page->inuse);
860
861         head_extra = (struct page *)page_private(first_page);
862
863         reset_page(first_page);
864         __free_page(first_page);
865
866         /* zspage with only 1 system page */
867         if (!head_extra)
868                 return;
869
870         list_for_each_entry_safe(nextp, tmp, &head_extra->lru, lru) {
871                 list_del(&nextp->lru);
872                 reset_page(nextp);
873                 __free_page(nextp);
874         }
875         reset_page(head_extra);
876         __free_page(head_extra);
877 }
878
879 /* Initialize a newly allocated zspage */
880 static void init_zspage(struct page *first_page, struct size_class *class)
881 {
882         unsigned long off = 0;
883         struct page *page = first_page;
884
885         BUG_ON(!is_first_page(first_page));
886         while (page) {
887                 struct page *next_page;
888                 struct link_free *link;
889                 unsigned int i = 1;
890                 void *vaddr;
891
892                 /*
893                  * page->index stores offset of first object starting
894                  * in the page. For the first page, this is always 0,
895                  * so we use first_page->index (aka ->freelist) to store
896                  * head of corresponding zspage's freelist.
897                  */
898                 if (page != first_page)
899                         page->index = off;
900
901                 vaddr = kmap_atomic(page);
902                 link = (struct link_free *)vaddr + off / sizeof(*link);
903
904                 while ((off += class->size) < PAGE_SIZE) {
905                         link->next = location_to_obj(page, i++);
906                         link += class->size / sizeof(*link);
907                 }
908
909                 /*
910                  * We now come to the last (full or partial) object on this
911                  * page, which must point to the first object on the next
912                  * page (if present)
913                  */
914                 next_page = get_next_page(page);
915                 link->next = location_to_obj(next_page, 0);
916                 kunmap_atomic(vaddr);
917                 page = next_page;
918                 off %= PAGE_SIZE;
919         }
920 }
921
922 /*
923  * Allocate a zspage for the given size class
924  */
925 static struct page *alloc_zspage(struct size_class *class, gfp_t flags)
926 {
927         int i, error;
928         struct page *first_page = NULL, *uninitialized_var(prev_page);
929
930         /*
931          * Allocate individual pages and link them together as:
932          * 1. first page->private = first sub-page
933          * 2. all sub-pages are linked together using page->lru
934          * 3. each sub-page is linked to the first page using page->first_page
935          *
936          * For each size class, First/Head pages are linked together using
937          * page->lru. Also, we set PG_private to identify the first page
938          * (i.e. no other sub-page has this flag set) and PG_private_2 to
939          * identify the last page.
940          */
941         error = -ENOMEM;
942         for (i = 0; i < class->pages_per_zspage; i++) {
943                 struct page *page;
944
945                 page = alloc_page(flags);
946                 if (!page)
947                         goto cleanup;
948
949                 INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
950                 if (i == 0) {   /* first page */
951                         SetPagePrivate(page);
952                         set_page_private(page, 0);
953                         first_page = page;
954                         first_page->inuse = 0;
955                 }
956                 if (i == 1)
957                         set_page_private(first_page, (unsigned long)page);
958                 if (i >= 1)
959                         page->first_page = first_page;
960                 if (i >= 2)
961                         list_add(&page->lru, &prev_page->lru);
962                 if (i == class->pages_per_zspage - 1)   /* last page */
963                         SetPagePrivate2(page);
964                 prev_page = page;
965         }
966
967         init_zspage(first_page, class);
968
969         first_page->freelist = location_to_obj(first_page, 0);
970         /* Maximum number of objects we can store in this zspage */
971         first_page->objects = class->pages_per_zspage * PAGE_SIZE / class->size;
972
973         error = 0; /* Success */
974
975 cleanup:
976         if (unlikely(error) && first_page) {
977                 free_zspage(first_page);
978                 first_page = NULL;
979         }
980
981         return first_page;
982 }
983
984 static struct page *find_get_zspage(struct size_class *class)
985 {
986         int i;
987         struct page *page;
988
989         for (i = 0; i < _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS; i++) {
990                 page = class->fullness_list[i];
991                 if (page)
992                         break;
993         }
994
995         return page;
996 }
997
998 #ifdef CONFIG_PGTABLE_MAPPING
999 static inline int __zs_cpu_up(struct mapping_area *area)
1000 {
1001         /*
1002          * Make sure we don't leak memory if a cpu UP notification
1003          * and zs_init() race and both call zs_cpu_up() on the same cpu
1004          */
1005         if (area->vm)
1006                 return 0;
1007         area->vm = alloc_vm_area(PAGE_SIZE * 2, NULL);
1008         if (!area->vm)
1009                 return -ENOMEM;
1010         return 0;
1011 }
1012
1013 static inline void __zs_cpu_down(struct mapping_area *area)
1014 {
1015         if (area->vm)
1016                 free_vm_area(area->vm);
1017         area->vm = NULL;
1018 }
1019
1020 static inline void *__zs_map_object(struct mapping_area *area,
1021                                 struct page *pages[2], int off, int size)
1022 {
1023         BUG_ON(map_vm_area(area->vm, PAGE_KERNEL, pages));
1024         area->vm_addr = area->vm->addr;
1025         return area->vm_addr + off;
1026 }
1027
1028 static inline void __zs_unmap_object(struct mapping_area *area,
1029                                 struct page *pages[2], int off, int size)
1030 {
1031         unsigned long addr = (unsigned long)area->vm_addr;
1032
1033         unmap_kernel_range(addr, PAGE_SIZE * 2);
1034 }
1035
1036 #else /* CONFIG_PGTABLE_MAPPING */
1037
1038 static inline int __zs_cpu_up(struct mapping_area *area)
1039 {
1040         /*
1041          * Make sure we don't leak memory if a cpu UP notification
1042          * and zs_init() race and both call zs_cpu_up() on the same cpu
1043          */
1044         if (area->vm_buf)
1045                 return 0;
1046         area->vm_buf = kmalloc(ZS_MAX_ALLOC_SIZE, GFP_KERNEL);
1047         if (!area->vm_buf)
1048                 return -ENOMEM;
1049         return 0;
1050 }
1051
1052 static inline void __zs_cpu_down(struct mapping_area *area)
1053 {
1054         kfree(area->vm_buf);
1055         area->vm_buf = NULL;
1056 }
1057
1058 static void *__zs_map_object(struct mapping_area *area,
1059                         struct page *pages[2], int off, int size)
1060 {
1061         int sizes[2];
1062         void *addr;
1063         char *buf = area->vm_buf;
1064
1065         /* disable page faults to match kmap_atomic() return conditions */
1066         pagefault_disable();
1067
1068         /* no read fastpath */
1069         if (area->vm_mm == ZS_MM_WO)
1070                 goto out;
1071
1072         sizes[0] = PAGE_SIZE - off;
1073         sizes[1] = size - sizes[0];
1074
1075         /* copy object to per-cpu buffer */
1076         addr = kmap_atomic(pages[0]);
1077         memcpy(buf, addr + off, sizes[0]);
1078         kunmap_atomic(addr);
1079         addr = kmap_atomic(pages[1]);
1080         memcpy(buf + sizes[0], addr, sizes[1]);
1081         kunmap_atomic(addr);
1082 out:
1083         return area->vm_buf;
1084 }
1085
1086 static void __zs_unmap_object(struct mapping_area *area,
1087                         struct page *pages[2], int off, int size)
1088 {
1089         int sizes[2];
1090         void *addr;
1091         char *buf;
1092
1093         /* no write fastpath */
1094         if (area->vm_mm == ZS_MM_RO)
1095                 goto out;
1096
1097         buf = area->vm_buf;
1098         if (!area->huge) {
1099                 buf = buf + ZS_HANDLE_SIZE;
1100                 size -= ZS_HANDLE_SIZE;
1101                 off += ZS_HANDLE_SIZE;
1102         }
1103
1104         sizes[0] = PAGE_SIZE - off;
1105         sizes[1] = size - sizes[0];
1106
1107         /* copy per-cpu buffer to object */
1108         addr = kmap_atomic(pages[0]);
1109         memcpy(addr + off, buf, sizes[0]);
1110         kunmap_atomic(addr);
1111         addr = kmap_atomic(pages[1]);
1112         memcpy(addr, buf + sizes[0], sizes[1]);
1113         kunmap_atomic(addr);
1114
1115 out:
1116         /* enable page faults to match kunmap_atomic() return conditions */
1117         pagefault_enable();
1118 }
1119
1120 #endif /* CONFIG_PGTABLE_MAPPING */
1121
1122 static int zs_cpu_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long action,
1123                                 void *pcpu)
1124 {
1125         int ret, cpu = (long)pcpu;
1126         struct mapping_area *area;
1127
1128         switch (action) {
1129         case CPU_UP_PREPARE:
1130                 area = &per_cpu(zs_map_area, cpu);
1131                 ret = __zs_cpu_up(area);
1132                 if (ret)
1133                         return notifier_from_errno(ret);
1134                 break;
1135         case CPU_DEAD:
1136         case CPU_UP_CANCELED:
1137                 area = &per_cpu(zs_map_area, cpu);
1138                 __zs_cpu_down(area);
1139                 break;
1140         }
1141
1142         return NOTIFY_OK;
1143 }
1144
1145 static struct notifier_block zs_cpu_nb = {
1146         .notifier_call = zs_cpu_notifier
1147 };
1148
1149 static int zs_register_cpu_notifier(void)
1150 {
1151         int cpu, uninitialized_var(ret);
1152
1153         cpu_notifier_register_begin();
1154
1155         __register_cpu_notifier(&zs_cpu_nb);
1156         for_each_online_cpu(cpu) {
1157                 ret = zs_cpu_notifier(NULL, CPU_UP_PREPARE, (void *)(long)cpu);
1158                 if (notifier_to_errno(ret))
1159                         break;
1160         }
1161
1162         cpu_notifier_register_done();
1163         return notifier_to_errno(ret);
1164 }
1165
1166 static void zs_unregister_cpu_notifier(void)
1167 {
1168         int cpu;
1169
1170         cpu_notifier_register_begin();
1171
1172         for_each_online_cpu(cpu)
1173                 zs_cpu_notifier(NULL, CPU_DEAD, (void *)(long)cpu);
1174         __unregister_cpu_notifier(&zs_cpu_nb);
1175
1176         cpu_notifier_register_done();
1177 }
1178
1179 static void init_zs_size_classes(void)
1180 {
1181         int nr;
1182
1183         nr = (ZS_MAX_ALLOC_SIZE - ZS_MIN_ALLOC_SIZE) / ZS_SIZE_CLASS_DELTA + 1;
1184         if ((ZS_MAX_ALLOC_SIZE - ZS_MIN_ALLOC_SIZE) % ZS_SIZE_CLASS_DELTA)
1185                 nr += 1;
1186
1187         zs_size_classes = nr;
1188 }
1189
1190 static bool can_merge(struct size_class *prev, int size, int pages_per_zspage)
1191 {
1192         if (prev->pages_per_zspage != pages_per_zspage)
1193                 return false;
1194
1195         if (get_maxobj_per_zspage(prev->size, prev->pages_per_zspage)
1196                 != get_maxobj_per_zspage(size, pages_per_zspage))
1197                 return false;
1198
1199         return true;
1200 }
1201
1202 static bool zspage_full(struct page *page)
1203 {
1204         BUG_ON(!is_first_page(page));
1205
1206         return page->inuse == page->objects;
1207 }
1208
1209 unsigned long zs_get_total_pages(struct zs_pool *pool)
1210 {
1211         return atomic_long_read(&pool->pages_allocated);
1212 }
1213 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_get_total_pages);
1214
1215 /**
1216  * zs_map_object - get address of allocated object from handle.
1217  * @pool: pool from which the object was allocated
1218  * @handle: handle returned from zs_malloc
1219  *
1220  * Before using an object allocated from zs_malloc, it must be mapped using
1221  * this function. When done with the object, it must be unmapped using
1222  * zs_unmap_object.
1223  *
1224  * Only one object can be mapped per cpu at a time. There is no protection
1225  * against nested mappings.
1226  *
1227  * This function returns with preemption and page faults disabled.
1228  */
1229 void *zs_map_object(struct zs_pool *pool, unsigned long handle,
1230                         enum zs_mapmode mm)
1231 {
1232         struct page *page;
1233         unsigned long obj, obj_idx, off;
1234
1235         unsigned int class_idx;
1236         enum fullness_group fg;
1237         struct size_class *class;
1238         struct mapping_area *area;
1239         struct page *pages[2];
1240         void *ret;
1241
1242         BUG_ON(!handle);
1243
1244         /*
1245          * Because we use per-cpu mapping areas shared among the
1246          * pools/users, we can't allow mapping in interrupt context
1247          * because it can corrupt another users mappings.
1248          */
1249         BUG_ON(in_interrupt());
1250
1251         /* From now on, migration cannot move the object */
1252         pin_tag(handle);
1253
1254         obj = handle_to_obj(handle);
1255         obj_to_location(obj, &page, &obj_idx);
1256         get_zspage_mapping(get_first_page(page), &class_idx, &fg);
1257         class = pool->size_class[class_idx];
1258         off = obj_idx_to_offset(page, obj_idx, class->size);
1259
1260         area = &get_cpu_var(zs_map_area);
1261         area->vm_mm = mm;
1262         if (off + class->size <= PAGE_SIZE) {
1263                 /* this object is contained entirely within a page */
1264                 area->vm_addr = kmap_atomic(page);
1265                 ret = area->vm_addr + off;
1266                 goto out;
1267         }
1268
1269         /* this object spans two pages */
1270         pages[0] = page;
1271         pages[1] = get_next_page(page);
1272         BUG_ON(!pages[1]);
1273
1274         ret = __zs_map_object(area, pages, off, class->size);
1275 out:
1276         if (!class->huge)
1277                 ret += ZS_HANDLE_SIZE;
1278
1279         return ret;
1280 }
1281 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_map_object);
1282
1283 void zs_unmap_object(struct zs_pool *pool, unsigned long handle)
1284 {
1285         struct page *page;
1286         unsigned long obj, obj_idx, off;
1287
1288         unsigned int class_idx;
1289         enum fullness_group fg;
1290         struct size_class *class;
1291         struct mapping_area *area;
1292
1293         BUG_ON(!handle);
1294
1295         obj = handle_to_obj(handle);
1296         obj_to_location(obj, &page, &obj_idx);
1297         get_zspage_mapping(get_first_page(page), &class_idx, &fg);
1298         class = pool->size_class[class_idx];
1299         off = obj_idx_to_offset(page, obj_idx, class->size);
1300
1301         area = this_cpu_ptr(&zs_map_area);
1302         if (off + class->size <= PAGE_SIZE)
1303                 kunmap_atomic(area->vm_addr);
1304         else {
1305                 struct page *pages[2];
1306
1307                 pages[0] = page;
1308                 pages[1] = get_next_page(page);
1309                 BUG_ON(!pages[1]);
1310
1311                 __zs_unmap_object(area, pages, off, class->size);
1312         }
1313         put_cpu_var(zs_map_area);
1314         unpin_tag(handle);
1315 }
1316 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_unmap_object);
1317
1318 static unsigned long obj_malloc(struct page *first_page,
1319                 struct size_class *class, unsigned long handle)
1320 {
1321         unsigned long obj;
1322         struct link_free *link;
1323
1324         struct page *m_page;
1325         unsigned long m_objidx, m_offset;
1326         void *vaddr;
1327
1328         handle |= OBJ_ALLOCATED_TAG;
1329         obj = (unsigned long)first_page->freelist;
1330         obj_to_location(obj, &m_page, &m_objidx);
1331         m_offset = obj_idx_to_offset(m_page, m_objidx, class->size);
1332
1333         vaddr = kmap_atomic(m_page);
1334         link = (struct link_free *)vaddr + m_offset / sizeof(*link);
1335         first_page->freelist = link->next;
1336         if (!class->huge)
1337                 /* record handle in the header of allocated chunk */
1338                 link->handle = handle;
1339         else
1340                 /* record handle in first_page->private */
1341                 set_page_private(first_page, handle);
1342         kunmap_atomic(vaddr);
1343         first_page->inuse++;
1344         zs_stat_inc(class, OBJ_USED, 1);
1345
1346         return obj;
1347 }
1348
1349
1350 /**
1351  * zs_malloc - Allocate block of given size from pool.
1352  * @pool: pool to allocate from
1353  * @size: size of block to allocate
1354  *
1355  * On success, handle to the allocated object is returned,
1356  * otherwise 0.
1357  * Allocation requests with size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE will fail.
1358  */
1359 unsigned long zs_malloc(struct zs_pool *pool, size_t size)
1360 {
1361         unsigned long handle, obj;
1362         struct size_class *class;
1363         struct page *first_page;
1364
1365         if (unlikely(!size || size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE))
1366                 return 0;
1367
1368         handle = alloc_handle(pool);
1369         if (!handle)
1370                 return 0;
1371
1372         /* extra space in chunk to keep the handle */
1373         size += ZS_HANDLE_SIZE;
1374         class = pool->size_class[get_size_class_index(size)];
1375
1376         spin_lock(&class->lock);
1377         first_page = find_get_zspage(class);
1378
1379         if (!first_page) {
1380                 spin_unlock(&class->lock);
1381                 first_page = alloc_zspage(class, pool->flags);
1382                 if (unlikely(!first_page)) {
1383                         free_handle(pool, handle);
1384                         return 0;
1385                 }
1386
1387                 set_zspage_mapping(first_page, class->index, ZS_EMPTY);
1388                 atomic_long_add(class->pages_per_zspage,
1389                                         &pool->pages_allocated);
1390
1391                 spin_lock(&class->lock);
1392                 zs_stat_inc(class, OBJ_ALLOCATED, get_maxobj_per_zspage(
1393                                 class->size, class->pages_per_zspage));
1394         }
1395
1396         obj = obj_malloc(first_page, class, handle);
1397         /* Now move the zspage to another fullness group, if required */
1398         fix_fullness_group(class, first_page);
1399         record_obj(handle, obj);
1400         spin_unlock(&class->lock);
1401
1402         return handle;
1403 }
1404 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_malloc);
1405
1406 static void obj_free(struct zs_pool *pool, struct size_class *class,
1407                         unsigned long obj)
1408 {
1409         struct link_free *link;
1410         struct page *first_page, *f_page;
1411         unsigned long f_objidx, f_offset;
1412         void *vaddr;
1413         int class_idx;
1414         enum fullness_group fullness;
1415
1416         BUG_ON(!obj);
1417
1418         obj &= ~OBJ_ALLOCATED_TAG;
1419         obj_to_location(obj, &f_page, &f_objidx);
1420         first_page = get_first_page(f_page);
1421
1422         get_zspage_mapping(first_page, &class_idx, &fullness);
1423         f_offset = obj_idx_to_offset(f_page, f_objidx, class->size);
1424
1425         vaddr = kmap_atomic(f_page);
1426
1427         /* Insert this object in containing zspage's freelist */
1428         link = (struct link_free *)(vaddr + f_offset);
1429         link->next = first_page->freelist;
1430         if (class->huge)
1431                 set_page_private(first_page, 0);
1432         kunmap_atomic(vaddr);
1433         first_page->freelist = (void *)obj;
1434         first_page->inuse--;
1435         zs_stat_dec(class, OBJ_USED, 1);
1436 }
1437
1438 void zs_free(struct zs_pool *pool, unsigned long handle)
1439 {
1440         struct page *first_page, *f_page;
1441         unsigned long obj, f_objidx;
1442         int class_idx;
1443         struct size_class *class;
1444         enum fullness_group fullness;
1445
1446         if (unlikely(!handle))
1447                 return;
1448
1449         pin_tag(handle);
1450         obj = handle_to_obj(handle);
1451         obj_to_location(obj, &f_page, &f_objidx);
1452         first_page = get_first_page(f_page);
1453
1454         get_zspage_mapping(first_page, &class_idx, &fullness);
1455         class = pool->size_class[class_idx];
1456
1457         spin_lock(&class->lock);
1458         obj_free(pool, class, obj);
1459         fullness = fix_fullness_group(class, first_page);
1460         if (fullness == ZS_EMPTY) {
1461                 zs_stat_dec(class, OBJ_ALLOCATED, get_maxobj_per_zspage(
1462                                 class->size, class->pages_per_zspage));
1463                 atomic_long_sub(class->pages_per_zspage,
1464                                 &pool->pages_allocated);
1465                 free_zspage(first_page);
1466         }
1467         spin_unlock(&class->lock);
1468         unpin_tag(handle);
1469
1470         free_handle(pool, handle);
1471 }
1472 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_free);
1473
1474 static void zs_object_copy(unsigned long src, unsigned long dst,
1475                                 struct size_class *class)
1476 {
1477         struct page *s_page, *d_page;
1478         unsigned long s_objidx, d_objidx;
1479         unsigned long s_off, d_off;
1480         void *s_addr, *d_addr;
1481         int s_size, d_size, size;
1482         int written = 0;
1483
1484         s_size = d_size = class->size;
1485
1486         obj_to_location(src, &s_page, &s_objidx);
1487         obj_to_location(dst, &d_page, &d_objidx);
1488
1489         s_off = obj_idx_to_offset(s_page, s_objidx, class->size);
1490         d_off = obj_idx_to_offset(d_page, d_objidx, class->size);
1491
1492         if (s_off + class->size > PAGE_SIZE)
1493                 s_size = PAGE_SIZE - s_off;
1494
1495         if (d_off + class->size > PAGE_SIZE)
1496                 d_size = PAGE_SIZE - d_off;
1497
1498         s_addr = kmap_atomic(s_page);
1499         d_addr = kmap_atomic(d_page);
1500
1501         while (1) {
1502                 size = min(s_size, d_size);
1503                 memcpy(d_addr + d_off, s_addr + s_off, size);
1504                 written += size;
1505
1506                 if (written == class->size)
1507                         break;
1508
1509                 s_off += size;
1510                 s_size -= size;
1511                 d_off += size;
1512                 d_size -= size;
1513
1514                 if (s_off >= PAGE_SIZE) {
1515                         kunmap_atomic(d_addr);
1516                         kunmap_atomic(s_addr);
1517                         s_page = get_next_page(s_page);
1518                         BUG_ON(!s_page);
1519                         s_addr = kmap_atomic(s_page);
1520                         d_addr = kmap_atomic(d_page);
1521                         s_size = class->size - written;
1522                         s_off = 0;
1523                 }
1524
1525                 if (d_off >= PAGE_SIZE) {
1526                         kunmap_atomic(d_addr);
1527                         d_page = get_next_page(d_page);
1528                         BUG_ON(!d_page);
1529                         d_addr = kmap_atomic(d_page);
1530                         d_size = class->size - written;
1531                         d_off = 0;
1532                 }
1533         }
1534
1535         kunmap_atomic(d_addr);
1536         kunmap_atomic(s_addr);
1537 }
1538
1539 /*
1540  * Find alloced object in zspage from index object and
1541  * return handle.
1542  */
1543 static unsigned long find_alloced_obj(struct page *page, int index,
1544                                         struct size_class *class)
1545 {
1546         unsigned long head;
1547         int offset = 0;
1548         unsigned long handle = 0;
1549         void *addr = kmap_atomic(page);
1550
1551         if (!is_first_page(page))
1552                 offset = page->index;
1553         offset += class->size * index;
1554
1555         while (offset < PAGE_SIZE) {
1556                 head = obj_to_head(class, page, addr + offset);
1557                 if (head & OBJ_ALLOCATED_TAG) {
1558                         handle = head & ~OBJ_ALLOCATED_TAG;
1559                         if (trypin_tag(handle))
1560                                 break;
1561                         handle = 0;
1562                 }
1563
1564                 offset += class->size;
1565                 index++;
1566         }
1567
1568         kunmap_atomic(addr);
1569         return handle;
1570 }
1571
1572 struct zs_compact_control {
1573         /* Source page for migration which could be a subpage of zspage. */
1574         struct page *s_page;
1575         /* Destination page for migration which should be a first page
1576          * of zspage. */
1577         struct page *d_page;
1578          /* Starting object index within @s_page which used for live object
1579           * in the subpage. */
1580         int index;
1581         /* how many of objects are migrated */
1582         int nr_migrated;
1583 };
1584
1585 static int migrate_zspage(struct zs_pool *pool, struct size_class *class,
1586                                 struct zs_compact_control *cc)
1587 {
1588         unsigned long used_obj, free_obj;
1589         unsigned long handle;
1590         struct page *s_page = cc->s_page;
1591         struct page *d_page = cc->d_page;
1592         unsigned long index = cc->index;
1593         int nr_migrated = 0;
1594         int ret = 0;
1595
1596         while (1) {
1597                 handle = find_alloced_obj(s_page, index, class);
1598                 if (!handle) {
1599                         s_page = get_next_page(s_page);
1600                         if (!s_page)
1601                                 break;
1602                         index = 0;
1603                         continue;
1604                 }
1605
1606                 /* Stop if there is no more space */
1607                 if (zspage_full(d_page)) {
1608                         unpin_tag(handle);
1609                         ret = -ENOMEM;
1610                         break;
1611                 }
1612
1613                 used_obj = handle_to_obj(handle);
1614                 free_obj = obj_malloc(d_page, class, handle);
1615                 zs_object_copy(used_obj, free_obj, class);
1616                 index++;
1617                 record_obj(handle, free_obj);
1618                 unpin_tag(handle);
1619                 obj_free(pool, class, used_obj);
1620                 nr_migrated++;
1621         }
1622
1623         /* Remember last position in this iteration */
1624         cc->s_page = s_page;
1625         cc->index = index;
1626         cc->nr_migrated = nr_migrated;
1627
1628         return ret;
1629 }
1630
1631 static struct page *alloc_target_page(struct size_class *class)
1632 {
1633         int i;
1634         struct page *page;
1635
1636         for (i = 0; i < _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS; i++) {
1637                 page = class->fullness_list[i];
1638                 if (page) {
1639                         remove_zspage(page, class, i);
1640                         break;
1641                 }
1642         }
1643
1644         return page;
1645 }
1646
1647 static void putback_zspage(struct zs_pool *pool, struct size_class *class,
1648                                 struct page *first_page)
1649 {
1650         enum fullness_group fullness;
1651
1652         BUG_ON(!is_first_page(first_page));
1653
1654         fullness = get_fullness_group(first_page);
1655         insert_zspage(first_page, class, fullness);
1656         set_zspage_mapping(first_page, class->index, fullness);
1657
1658         if (fullness == ZS_EMPTY) {
1659                 zs_stat_dec(class, OBJ_ALLOCATED, get_maxobj_per_zspage(
1660                         class->size, class->pages_per_zspage));
1661                 atomic_long_sub(class->pages_per_zspage,
1662                                 &pool->pages_allocated);
1663
1664                 free_zspage(first_page);
1665         }
1666 }
1667
1668 static struct page *isolate_source_page(struct size_class *class)
1669 {
1670         struct page *page;
1671
1672         page = class->fullness_list[ZS_ALMOST_EMPTY];
1673         if (page)
1674                 remove_zspage(page, class, ZS_ALMOST_EMPTY);
1675
1676         return page;
1677 }
1678
1679 /*
1680  *
1681  * Based on the number of unused allocated objects calculate
1682  * and return the number of pages that we can free.
1683  *
1684  * Should be called under class->lock.
1685  */
1686 static unsigned long zs_can_compact(struct size_class *class)
1687 {
1688         unsigned long obj_wasted;
1689
1690         if (!zs_stat_get(class, CLASS_ALMOST_EMPTY))
1691                 return 0;
1692
1693         obj_wasted = zs_stat_get(class, OBJ_ALLOCATED) -
1694                 zs_stat_get(class, OBJ_USED);
1695
1696         obj_wasted /= get_maxobj_per_zspage(class->size,
1697                         class->pages_per_zspage);
1698
1699         return obj_wasted * get_pages_per_zspage(class->size);
1700 }
1701
1702 static unsigned long __zs_compact(struct zs_pool *pool,
1703                                 struct size_class *class)
1704 {
1705         struct zs_compact_control cc;
1706         struct page *src_page;
1707         struct page *dst_page = NULL;
1708         unsigned long nr_total_migrated = 0;
1709
1710         spin_lock(&class->lock);
1711         while ((src_page = isolate_source_page(class))) {
1712
1713                 BUG_ON(!is_first_page(src_page));
1714
1715                 if (!zs_can_compact(class))
1716                         break;
1717
1718                 cc.index = 0;
1719                 cc.s_page = src_page;
1720
1721                 while ((dst_page = alloc_target_page(class))) {
1722                         cc.d_page = dst_page;
1723                         /*
1724                          * If there is no more space in dst_page, try to
1725                          * allocate another zspage.
1726                          */
1727                         if (!migrate_zspage(pool, class, &cc))
1728                                 break;
1729
1730                         putback_zspage(pool, class, dst_page);
1731                         nr_total_migrated += cc.nr_migrated;
1732                 }
1733
1734                 /* Stop if we couldn't find slot */
1735                 if (dst_page == NULL)
1736                         break;
1737
1738                 putback_zspage(pool, class, dst_page);
1739                 putback_zspage(pool, class, src_page);
1740                 spin_unlock(&class->lock);
1741                 nr_total_migrated += cc.nr_migrated;
1742                 cond_resched();
1743                 spin_lock(&class->lock);
1744         }
1745
1746         if (src_page)
1747                 putback_zspage(pool, class, src_page);
1748
1749         spin_unlock(&class->lock);
1750
1751         return nr_total_migrated;
1752 }
1753
1754 unsigned long zs_compact(struct zs_pool *pool)
1755 {
1756         int i;
1757         unsigned long nr_migrated = 0;
1758         struct size_class *class;
1759
1760         for (i = zs_size_classes - 1; i >= 0; i--) {
1761                 class = pool->size_class[i];
1762                 if (!class)
1763                         continue;
1764                 if (class->index != i)
1765                         continue;
1766                 nr_migrated += __zs_compact(pool, class);
1767         }
1768
1769         return nr_migrated;
1770 }
1771 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_compact);
1772
1773 /**
1774  * zs_create_pool - Creates an allocation pool to work from.
1775  * @flags: allocation flags used to allocate pool metadata
1776  *
1777  * This function must be called before anything when using
1778  * the zsmalloc allocator.
1779  *
1780  * On success, a pointer to the newly created pool is returned,
1781  * otherwise NULL.
1782  */
1783 struct zs_pool *zs_create_pool(char *name, gfp_t flags)
1784 {
1785         int i;
1786         struct zs_pool *pool;
1787         struct size_class *prev_class = NULL;
1788
1789         pool = kzalloc(sizeof(*pool), GFP_KERNEL);
1790         if (!pool)
1791                 return NULL;
1792
1793         pool->size_class = kcalloc(zs_size_classes, sizeof(struct size_class *),
1794                         GFP_KERNEL);
1795         if (!pool->size_class) {
1796                 kfree(pool);
1797                 return NULL;
1798         }
1799
1800         pool->name = kstrdup(name, GFP_KERNEL);
1801         if (!pool->name)
1802                 goto err;
1803
1804         if (create_handle_cache(pool))
1805                 goto err;
1806
1807         /*
1808          * Iterate reversly, because, size of size_class that we want to use
1809          * for merging should be larger or equal to current size.
1810          */
1811         for (i = zs_size_classes - 1; i >= 0; i--) {
1812                 int size;
1813                 int pages_per_zspage;
1814                 struct size_class *class;
1815
1816                 size = ZS_MIN_ALLOC_SIZE + i * ZS_SIZE_CLASS_DELTA;
1817                 if (size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE)
1818                         size = ZS_MAX_ALLOC_SIZE;
1819                 pages_per_zspage = get_pages_per_zspage(size);
1820
1821                 /*
1822                  * size_class is used for normal zsmalloc operation such
1823                  * as alloc/free for that size. Although it is natural that we
1824                  * have one size_class for each size, there is a chance that we
1825                  * can get more memory utilization if we use one size_class for
1826                  * many different sizes whose size_class have same
1827                  * characteristics. So, we makes size_class point to
1828                  * previous size_class if possible.
1829                  */
1830                 if (prev_class) {
1831                         if (can_merge(prev_class, size, pages_per_zspage)) {
1832                                 pool->size_class[i] = prev_class;
1833                                 continue;
1834                         }
1835                 }
1836
1837                 class = kzalloc(sizeof(struct size_class), GFP_KERNEL);
1838                 if (!class)
1839                         goto err;
1840
1841                 class->size = size;
1842                 class->index = i;
1843                 class->pages_per_zspage = pages_per_zspage;
1844                 if (pages_per_zspage == 1 &&
1845                         get_maxobj_per_zspage(size, pages_per_zspage) == 1)
1846                         class->huge = true;
1847                 spin_lock_init(&class->lock);
1848                 pool->size_class[i] = class;
1849
1850                 prev_class = class;
1851         }
1852
1853         pool->flags = flags;
1854
1855         if (zs_pool_stat_create(name, pool))
1856                 goto err;
1857
1858         return pool;
1859
1860 err:
1861         zs_destroy_pool(pool);
1862         return NULL;
1863 }
1864 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_create_pool);
1865
1866 void zs_destroy_pool(struct zs_pool *pool)
1867 {
1868         int i;
1869
1870         zs_pool_stat_destroy(pool);
1871
1872         for (i = 0; i < zs_size_classes; i++) {
1873                 int fg;
1874                 struct size_class *class = pool->size_class[i];
1875
1876                 if (!class)
1877                         continue;
1878
1879                 if (class->index != i)
1880                         continue;
1881
1882                 for (fg = 0; fg < _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS; fg++) {
1883                         if (class->fullness_list[fg]) {
1884                                 pr_info("Freeing non-empty class with size %db, fullness group %d\n",
1885                                         class->size, fg);
1886                         }
1887                 }
1888                 kfree(class);
1889         }
1890
1891         destroy_handle_cache(pool);
1892         kfree(pool->size_class);
1893         kfree(pool->name);
1894         kfree(pool);
1895 }
1896 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_destroy_pool);
1897
1898 static int __init zs_init(void)
1899 {
1900         int ret = zs_register_cpu_notifier();
1901
1902         if (ret)
1903                 goto notifier_fail;
1904
1905         init_zs_size_classes();
1906
1907 #ifdef CONFIG_ZPOOL
1908         zpool_register_driver(&zs_zpool_driver);
1909 #endif
1910
1911         ret = zs_stat_init();
1912         if (ret) {
1913                 pr_err("zs stat initialization failed\n");
1914                 goto stat_fail;
1915         }
1916         return 0;
1917
1918 stat_fail:
1919 #ifdef CONFIG_ZPOOL
1920         zpool_unregister_driver(&zs_zpool_driver);
1921 #endif
1922 notifier_fail:
1923         zs_unregister_cpu_notifier();
1924
1925         return ret;
1926 }
1927
1928 static void __exit zs_exit(void)
1929 {
1930 #ifdef CONFIG_ZPOOL
1931         zpool_unregister_driver(&zs_zpool_driver);
1932 #endif
1933         zs_unregister_cpu_notifier();
1934
1935         zs_stat_exit();
1936 }
1937
1938 module_init(zs_init);
1939 module_exit(zs_exit);
1940
1941 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
1942 MODULE_AUTHOR("Nitin Gupta <ngupta@vflare.org>");