Merge commit 'ed30f24e8d07d30aa3e69d1f508f4d7bd2e8ea14' of git://git.linaro.org/landi...
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / drivers / staging / zsmalloc / zsmalloc-main.c
1 /*
2  * zsmalloc memory allocator
3  *
4  * Copyright (C) 2011  Nitin Gupta
5  *
6  * This code is released using a dual license strategy: BSD/GPL
7  * You can choose the license that better fits your requirements.
8  *
9  * Released under the terms of 3-clause BSD License
10  * Released under the terms of GNU General Public License Version 2.0
11  */
12
13
14 /*
15  * This allocator is designed for use with zcache and zram. Thus, the
16  * allocator is supposed to work well under low memory conditions. In
17  * particular, it never attempts higher order page allocation which is
18  * very likely to fail under memory pressure. On the other hand, if we
19  * just use single (0-order) pages, it would suffer from very high
20  * fragmentation -- any object of size PAGE_SIZE/2 or larger would occupy
21  * an entire page. This was one of the major issues with its predecessor
22  * (xvmalloc).
23  *
24  * To overcome these issues, zsmalloc allocates a bunch of 0-order pages
25  * and links them together using various 'struct page' fields. These linked
26  * pages act as a single higher-order page i.e. an object can span 0-order
27  * page boundaries. The code refers to these linked pages as a single entity
28  * called zspage.
29  *
30  * Following is how we use various fields and flags of underlying
31  * struct page(s) to form a zspage.
32  *
33  * Usage of struct page fields:
34  *      page->first_page: points to the first component (0-order) page
35  *      page->index (union with page->freelist): offset of the first object
36  *              starting in this page. For the first page, this is
37  *              always 0, so we use this field (aka freelist) to point
38  *              to the first free object in zspage.
39  *      page->lru: links together all component pages (except the first page)
40  *              of a zspage
41  *
42  *      For _first_ page only:
43  *
44  *      page->private (union with page->first_page): refers to the
45  *              component page after the first page
46  *      page->freelist: points to the first free object in zspage.
47  *              Free objects are linked together using in-place
48  *              metadata.
49  *      page->objects: maximum number of objects we can store in this
50  *              zspage (class->zspage_order * PAGE_SIZE / class->size)
51  *      page->lru: links together first pages of various zspages.
52  *              Basically forming list of zspages in a fullness group.
53  *      page->mapping: class index and fullness group of the zspage
54  *
55  * Usage of struct page flags:
56  *      PG_private: identifies the first component page
57  *      PG_private2: identifies the last component page
58  *
59  */
60
61 #ifdef CONFIG_ZSMALLOC_DEBUG
62 #define DEBUG
63 #endif
64
65 #include <linux/module.h>
66 #include <linux/kernel.h>
67 #include <linux/bitops.h>
68 #include <linux/errno.h>
69 #include <linux/highmem.h>
70 #include <linux/init.h>
71 #include <linux/string.h>
72 #include <linux/slab.h>
73 #include <asm/tlbflush.h>
74 #include <asm/pgtable.h>
75 #include <linux/cpumask.h>
76 #include <linux/cpu.h>
77 #include <linux/vmalloc.h>
78 #include <linux/hardirq.h>
79 #include <linux/spinlock.h>
80 #include <linux/types.h>
81
82 #include "zsmalloc.h"
83
84 /*
85  * This must be power of 2 and greater than of equal to sizeof(link_free).
86  * These two conditions ensure that any 'struct link_free' itself doesn't
87  * span more than 1 page which avoids complex case of mapping 2 pages simply
88  * to restore link_free pointer values.
89  */
90 #define ZS_ALIGN                8
91
92 /*
93  * A single 'zspage' is composed of up to 2^N discontiguous 0-order (single)
94  * pages. ZS_MAX_ZSPAGE_ORDER defines upper limit on N.
95  */
96 #define ZS_MAX_ZSPAGE_ORDER 2
97 #define ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE (_AC(1, UL) << ZS_MAX_ZSPAGE_ORDER)
98
99 /*
100  * Object location (<PFN>, <obj_idx>) is encoded as
101  * as single (void *) handle value.
102  *
103  * Note that object index <obj_idx> is relative to system
104  * page <PFN> it is stored in, so for each sub-page belonging
105  * to a zspage, obj_idx starts with 0.
106  *
107  * This is made more complicated by various memory models and PAE.
108  */
109
110 #ifndef MAX_PHYSMEM_BITS
111 #ifdef CONFIG_HIGHMEM64G
112 #define MAX_PHYSMEM_BITS 36
113 #else /* !CONFIG_HIGHMEM64G */
114 /*
115  * If this definition of MAX_PHYSMEM_BITS is used, OBJ_INDEX_BITS will just
116  * be PAGE_SHIFT
117  */
118 #define MAX_PHYSMEM_BITS BITS_PER_LONG
119 #endif
120 #endif
121 #define _PFN_BITS               (MAX_PHYSMEM_BITS - PAGE_SHIFT)
122 #define OBJ_INDEX_BITS  (BITS_PER_LONG - _PFN_BITS)
123 #define OBJ_INDEX_MASK  ((_AC(1, UL) << OBJ_INDEX_BITS) - 1)
124
125 #define MAX(a, b) ((a) >= (b) ? (a) : (b))
126 /* ZS_MIN_ALLOC_SIZE must be multiple of ZS_ALIGN */
127 #define ZS_MIN_ALLOC_SIZE \
128         MAX(32, (ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE << PAGE_SHIFT >> OBJ_INDEX_BITS))
129 #define ZS_MAX_ALLOC_SIZE       PAGE_SIZE
130
131 /*
132  * On systems with 4K page size, this gives 254 size classes! There is a
133  * trader-off here:
134  *  - Large number of size classes is potentially wasteful as free page are
135  *    spread across these classes
136  *  - Small number of size classes causes large internal fragmentation
137  *  - Probably its better to use specific size classes (empirically
138  *    determined). NOTE: all those class sizes must be set as multiple of
139  *    ZS_ALIGN to make sure link_free itself never has to span 2 pages.
140  *
141  *  ZS_MIN_ALLOC_SIZE and ZS_SIZE_CLASS_DELTA must be multiple of ZS_ALIGN
142  *  (reason above)
143  */
144 #define ZS_SIZE_CLASS_DELTA     (PAGE_SIZE >> 8)
145 #define ZS_SIZE_CLASSES         ((ZS_MAX_ALLOC_SIZE - ZS_MIN_ALLOC_SIZE) / \
146                                         ZS_SIZE_CLASS_DELTA + 1)
147
148 /*
149  * We do not maintain any list for completely empty or full pages
150  */
151 enum fullness_group {
152         ZS_ALMOST_FULL,
153         ZS_ALMOST_EMPTY,
154         _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS,
155
156         ZS_EMPTY,
157         ZS_FULL
158 };
159
160 /*
161  * We assign a page to ZS_ALMOST_EMPTY fullness group when:
162  *      n <= N / f, where
163  * n = number of allocated objects
164  * N = total number of objects zspage can store
165  * f = 1/fullness_threshold_frac
166  *
167  * Similarly, we assign zspage to:
168  *      ZS_ALMOST_FULL  when n > N / f
169  *      ZS_EMPTY        when n == 0
170  *      ZS_FULL         when n == N
171  *
172  * (see: fix_fullness_group())
173  */
174 static const int fullness_threshold_frac = 4;
175
176 struct size_class {
177         /*
178          * Size of objects stored in this class. Must be multiple
179          * of ZS_ALIGN.
180          */
181         int size;
182         unsigned int index;
183
184         /* Number of PAGE_SIZE sized pages to combine to form a 'zspage' */
185         int pages_per_zspage;
186
187         spinlock_t lock;
188
189         /* stats */
190         u64 pages_allocated;
191
192         struct page *fullness_list[_ZS_NR_FULLNESS_GROUPS];
193 };
194
195 /*
196  * Placed within free objects to form a singly linked list.
197  * For every zspage, first_page->freelist gives head of this list.
198  *
199  * This must be power of 2 and less than or equal to ZS_ALIGN
200  */
201 struct link_free {
202         /* Handle of next free chunk (encodes <PFN, obj_idx>) */
203         void *next;
204 };
205
206 struct zs_pool {
207         struct size_class size_class[ZS_SIZE_CLASSES];
208
209         gfp_t flags;    /* allocation flags used when growing pool */
210 };
211
212 /*
213  * A zspage's class index and fullness group
214  * are encoded in its (first)page->mapping
215  */
216 #define CLASS_IDX_BITS  28
217 #define FULLNESS_BITS   4
218 #define CLASS_IDX_MASK  ((1 << CLASS_IDX_BITS) - 1)
219 #define FULLNESS_MASK   ((1 << FULLNESS_BITS) - 1)
220
221 /*
222  * By default, zsmalloc uses a copy-based object mapping method to access
223  * allocations that span two pages. However, if a particular architecture
224  * performs VM mapping faster than copying, then it should be added here
225  * so that USE_PGTABLE_MAPPING is defined. This causes zsmalloc to use
226  * page table mapping rather than copying for object mapping.
227 */
228 #if defined(CONFIG_ARM) && !defined(MODULE)
229 #define USE_PGTABLE_MAPPING
230 #endif
231
232 struct mapping_area {
233 #ifdef USE_PGTABLE_MAPPING
234         struct vm_struct *vm; /* vm area for mapping object that span pages */
235 #else
236         char *vm_buf; /* copy buffer for objects that span pages */
237 #endif
238         char *vm_addr; /* address of kmap_atomic()'ed pages */
239         enum zs_mapmode vm_mm; /* mapping mode */
240 };
241
242
243 /* per-cpu VM mapping areas for zspage accesses that cross page boundaries */
244 static DEFINE_PER_CPU(struct mapping_area, zs_map_area);
245
246 static int is_first_page(struct page *page)
247 {
248         return PagePrivate(page);
249 }
250
251 static int is_last_page(struct page *page)
252 {
253         return PagePrivate2(page);
254 }
255
256 static void get_zspage_mapping(struct page *page, unsigned int *class_idx,
257                                 enum fullness_group *fullness)
258 {
259         unsigned long m;
260         BUG_ON(!is_first_page(page));
261
262         m = (unsigned long)page->mapping;
263         *fullness = m & FULLNESS_MASK;
264         *class_idx = (m >> FULLNESS_BITS) & CLASS_IDX_MASK;
265 }
266
267 static void set_zspage_mapping(struct page *page, unsigned int class_idx,
268                                 enum fullness_group fullness)
269 {
270         unsigned long m;
271         BUG_ON(!is_first_page(page));
272
273         m = ((class_idx & CLASS_IDX_MASK) << FULLNESS_BITS) |
274                         (fullness & FULLNESS_MASK);
275         page->mapping = (struct address_space *)m;
276 }
277
278 static int get_size_class_index(int size)
279 {
280         int idx = 0;
281
282         if (likely(size > ZS_MIN_ALLOC_SIZE))
283                 idx = DIV_ROUND_UP(size - ZS_MIN_ALLOC_SIZE,
284                                 ZS_SIZE_CLASS_DELTA);
285
286         return idx;
287 }
288
289 static enum fullness_group get_fullness_group(struct page *page)
290 {
291         int inuse, max_objects;
292         enum fullness_group fg;
293         BUG_ON(!is_first_page(page));
294
295         inuse = page->inuse;
296         max_objects = page->objects;
297
298         if (inuse == 0)
299                 fg = ZS_EMPTY;
300         else if (inuse == max_objects)
301                 fg = ZS_FULL;
302         else if (inuse <= max_objects / fullness_threshold_frac)
303                 fg = ZS_ALMOST_EMPTY;
304         else
305                 fg = ZS_ALMOST_FULL;
306
307         return fg;
308 }
309
310 static void insert_zspage(struct page *page, struct size_class *class,
311                                 enum fullness_group fullness)
312 {
313         struct page **head;
314
315         BUG_ON(!is_first_page(page));
316
317         if (fullness >= _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS)
318                 return;
319
320         head = &class->fullness_list[fullness];
321         if (*head)
322                 list_add_tail(&page->lru, &(*head)->lru);
323
324         *head = page;
325 }
326
327 static void remove_zspage(struct page *page, struct size_class *class,
328                                 enum fullness_group fullness)
329 {
330         struct page **head;
331
332         BUG_ON(!is_first_page(page));
333
334         if (fullness >= _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS)
335                 return;
336
337         head = &class->fullness_list[fullness];
338         BUG_ON(!*head);
339         if (list_empty(&(*head)->lru))
340                 *head = NULL;
341         else if (*head == page)
342                 *head = (struct page *)list_entry((*head)->lru.next,
343                                         struct page, lru);
344
345         list_del_init(&page->lru);
346 }
347
348 static enum fullness_group fix_fullness_group(struct zs_pool *pool,
349                                                 struct page *page)
350 {
351         int class_idx;
352         struct size_class *class;
353         enum fullness_group currfg, newfg;
354
355         BUG_ON(!is_first_page(page));
356
357         get_zspage_mapping(page, &class_idx, &currfg);
358         newfg = get_fullness_group(page);
359         if (newfg == currfg)
360                 goto out;
361
362         class = &pool->size_class[class_idx];
363         remove_zspage(page, class, currfg);
364         insert_zspage(page, class, newfg);
365         set_zspage_mapping(page, class_idx, newfg);
366
367 out:
368         return newfg;
369 }
370
371 /*
372  * We have to decide on how many pages to link together
373  * to form a zspage for each size class. This is important
374  * to reduce wastage due to unusable space left at end of
375  * each zspage which is given as:
376  *      wastage = Zp - Zp % size_class
377  * where Zp = zspage size = k * PAGE_SIZE where k = 1, 2, ...
378  *
379  * For example, for size class of 3/8 * PAGE_SIZE, we should
380  * link together 3 PAGE_SIZE sized pages to form a zspage
381  * since then we can perfectly fit in 8 such objects.
382  */
383 static int get_pages_per_zspage(int class_size)
384 {
385         int i, max_usedpc = 0;
386         /* zspage order which gives maximum used size per KB */
387         int max_usedpc_order = 1;
388
389         for (i = 1; i <= ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE; i++) {
390                 int zspage_size;
391                 int waste, usedpc;
392
393                 zspage_size = i * PAGE_SIZE;
394                 waste = zspage_size % class_size;
395                 usedpc = (zspage_size - waste) * 100 / zspage_size;
396
397                 if (usedpc > max_usedpc) {
398                         max_usedpc = usedpc;
399                         max_usedpc_order = i;
400                 }
401         }
402
403         return max_usedpc_order;
404 }
405
406 /*
407  * A single 'zspage' is composed of many system pages which are
408  * linked together using fields in struct page. This function finds
409  * the first/head page, given any component page of a zspage.
410  */
411 static struct page *get_first_page(struct page *page)
412 {
413         if (is_first_page(page))
414                 return page;
415         else
416                 return page->first_page;
417 }
418
419 static struct page *get_next_page(struct page *page)
420 {
421         struct page *next;
422
423         if (is_last_page(page))
424                 next = NULL;
425         else if (is_first_page(page))
426                 next = (struct page *)page->private;
427         else
428                 next = list_entry(page->lru.next, struct page, lru);
429
430         return next;
431 }
432
433 /* Encode <page, obj_idx> as a single handle value */
434 static void *obj_location_to_handle(struct page *page, unsigned long obj_idx)
435 {
436         unsigned long handle;
437
438         if (!page) {
439                 BUG_ON(obj_idx);
440                 return NULL;
441         }
442
443         handle = page_to_pfn(page) << OBJ_INDEX_BITS;
444         handle |= (obj_idx & OBJ_INDEX_MASK);
445
446         return (void *)handle;
447 }
448
449 /* Decode <page, obj_idx> pair from the given object handle */
450 static void obj_handle_to_location(unsigned long handle, struct page **page,
451                                 unsigned long *obj_idx)
452 {
453         *page = pfn_to_page(handle >> OBJ_INDEX_BITS);
454         *obj_idx = handle & OBJ_INDEX_MASK;
455 }
456
457 static unsigned long obj_idx_to_offset(struct page *page,
458                                 unsigned long obj_idx, int class_size)
459 {
460         unsigned long off = 0;
461
462         if (!is_first_page(page))
463                 off = page->index;
464
465         return off + obj_idx * class_size;
466 }
467
468 static void reset_page(struct page *page)
469 {
470         clear_bit(PG_private, &page->flags);
471         clear_bit(PG_private_2, &page->flags);
472         set_page_private(page, 0);
473         page->mapping = NULL;
474         page->freelist = NULL;
475         page_mapcount_reset(page);
476 }
477
478 static void free_zspage(struct page *first_page)
479 {
480         struct page *nextp, *tmp, *head_extra;
481
482         BUG_ON(!is_first_page(first_page));
483         BUG_ON(first_page->inuse);
484
485         head_extra = (struct page *)page_private(first_page);
486
487         reset_page(first_page);
488         __free_page(first_page);
489
490         /* zspage with only 1 system page */
491         if (!head_extra)
492                 return;
493
494         list_for_each_entry_safe(nextp, tmp, &head_extra->lru, lru) {
495                 list_del(&nextp->lru);
496                 reset_page(nextp);
497                 __free_page(nextp);
498         }
499         reset_page(head_extra);
500         __free_page(head_extra);
501 }
502
503 /* Initialize a newly allocated zspage */
504 static void init_zspage(struct page *first_page, struct size_class *class)
505 {
506         unsigned long off = 0;
507         struct page *page = first_page;
508
509         BUG_ON(!is_first_page(first_page));
510         while (page) {
511                 struct page *next_page;
512                 struct link_free *link;
513                 unsigned int i, objs_on_page;
514
515                 /*
516                  * page->index stores offset of first object starting
517                  * in the page. For the first page, this is always 0,
518                  * so we use first_page->index (aka ->freelist) to store
519                  * head of corresponding zspage's freelist.
520                  */
521                 if (page != first_page)
522                         page->index = off;
523
524                 link = (struct link_free *)kmap_atomic(page) +
525                                                 off / sizeof(*link);
526                 objs_on_page = (PAGE_SIZE - off) / class->size;
527
528                 for (i = 1; i <= objs_on_page; i++) {
529                         off += class->size;
530                         if (off < PAGE_SIZE) {
531                                 link->next = obj_location_to_handle(page, i);
532                                 link += class->size / sizeof(*link);
533                         }
534                 }
535
536                 /*
537                  * We now come to the last (full or partial) object on this
538                  * page, which must point to the first object on the next
539                  * page (if present)
540                  */
541                 next_page = get_next_page(page);
542                 link->next = obj_location_to_handle(next_page, 0);
543                 kunmap_atomic(link);
544                 page = next_page;
545                 off = (off + class->size) % PAGE_SIZE;
546         }
547 }
548
549 /*
550  * Allocate a zspage for the given size class
551  */
552 static struct page *alloc_zspage(struct size_class *class, gfp_t flags)
553 {
554         int i, error;
555         struct page *first_page = NULL, *uninitialized_var(prev_page);
556
557         /*
558          * Allocate individual pages and link them together as:
559          * 1. first page->private = first sub-page
560          * 2. all sub-pages are linked together using page->lru
561          * 3. each sub-page is linked to the first page using page->first_page
562          *
563          * For each size class, First/Head pages are linked together using
564          * page->lru. Also, we set PG_private to identify the first page
565          * (i.e. no other sub-page has this flag set) and PG_private_2 to
566          * identify the last page.
567          */
568         error = -ENOMEM;
569         for (i = 0; i < class->pages_per_zspage; i++) {
570                 struct page *page;
571
572                 page = alloc_page(flags);
573                 if (!page)
574                         goto cleanup;
575
576                 INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
577                 if (i == 0) {   /* first page */
578                         SetPagePrivate(page);
579                         set_page_private(page, 0);
580                         first_page = page;
581                         first_page->inuse = 0;
582                 }
583                 if (i == 1)
584                         first_page->private = (unsigned long)page;
585                 if (i >= 1)
586                         page->first_page = first_page;
587                 if (i >= 2)
588                         list_add(&page->lru, &prev_page->lru);
589                 if (i == class->pages_per_zspage - 1)   /* last page */
590                         SetPagePrivate2(page);
591                 prev_page = page;
592         }
593
594         init_zspage(first_page, class);
595
596         first_page->freelist = obj_location_to_handle(first_page, 0);
597         /* Maximum number of objects we can store in this zspage */
598         first_page->objects = class->pages_per_zspage * PAGE_SIZE / class->size;
599
600         error = 0; /* Success */
601
602 cleanup:
603         if (unlikely(error) && first_page) {
604                 free_zspage(first_page);
605                 first_page = NULL;
606         }
607
608         return first_page;
609 }
610
611 static struct page *find_get_zspage(struct size_class *class)
612 {
613         int i;
614         struct page *page;
615
616         for (i = 0; i < _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS; i++) {
617                 page = class->fullness_list[i];
618                 if (page)
619                         break;
620         }
621
622         return page;
623 }
624
625 #ifdef USE_PGTABLE_MAPPING
626 static inline int __zs_cpu_up(struct mapping_area *area)
627 {
628         /*
629          * Make sure we don't leak memory if a cpu UP notification
630          * and zs_init() race and both call zs_cpu_up() on the same cpu
631          */
632         if (area->vm)
633                 return 0;
634         area->vm = alloc_vm_area(PAGE_SIZE * 2, NULL);
635         if (!area->vm)
636                 return -ENOMEM;
637         return 0;
638 }
639
640 static inline void __zs_cpu_down(struct mapping_area *area)
641 {
642         if (area->vm)
643                 free_vm_area(area->vm);
644         area->vm = NULL;
645 }
646
647 static inline void *__zs_map_object(struct mapping_area *area,
648                                 struct page *pages[2], int off, int size)
649 {
650         BUG_ON(map_vm_area(area->vm, PAGE_KERNEL, &pages));
651         area->vm_addr = area->vm->addr;
652         return area->vm_addr + off;
653 }
654
655 static inline void __zs_unmap_object(struct mapping_area *area,
656                                 struct page *pages[2], int off, int size)
657 {
658         unsigned long addr = (unsigned long)area->vm_addr;
659
660         unmap_kernel_range(addr, PAGE_SIZE * 2);
661 }
662
663 #else /* USE_PGTABLE_MAPPING */
664
665 static inline int __zs_cpu_up(struct mapping_area *area)
666 {
667         /*
668          * Make sure we don't leak memory if a cpu UP notification
669          * and zs_init() race and both call zs_cpu_up() on the same cpu
670          */
671         if (area->vm_buf)
672                 return 0;
673         area->vm_buf = (char *)__get_free_page(GFP_KERNEL);
674         if (!area->vm_buf)
675                 return -ENOMEM;
676         return 0;
677 }
678
679 static inline void __zs_cpu_down(struct mapping_area *area)
680 {
681         if (area->vm_buf)
682                 free_page((unsigned long)area->vm_buf);
683         area->vm_buf = NULL;
684 }
685
686 static void *__zs_map_object(struct mapping_area *area,
687                         struct page *pages[2], int off, int size)
688 {
689         int sizes[2];
690         void *addr;
691         char *buf = area->vm_buf;
692
693         /* disable page faults to match kmap_atomic() return conditions */
694         pagefault_disable();
695
696         /* no read fastpath */
697         if (area->vm_mm == ZS_MM_WO)
698                 goto out;
699
700         sizes[0] = PAGE_SIZE - off;
701         sizes[1] = size - sizes[0];
702
703         /* copy object to per-cpu buffer */
704         addr = kmap_atomic(pages[0]);
705         memcpy(buf, addr + off, sizes[0]);
706         kunmap_atomic(addr);
707         addr = kmap_atomic(pages[1]);
708         memcpy(buf + sizes[0], addr, sizes[1]);
709         kunmap_atomic(addr);
710 out:
711         return area->vm_buf;
712 }
713
714 static void __zs_unmap_object(struct mapping_area *area,
715                         struct page *pages[2], int off, int size)
716 {
717         int sizes[2];
718         void *addr;
719         char *buf = area->vm_buf;
720
721         /* no write fastpath */
722         if (area->vm_mm == ZS_MM_RO)
723                 goto out;
724
725         sizes[0] = PAGE_SIZE - off;
726         sizes[1] = size - sizes[0];
727
728         /* copy per-cpu buffer to object */
729         addr = kmap_atomic(pages[0]);
730         memcpy(addr + off, buf, sizes[0]);
731         kunmap_atomic(addr);
732         addr = kmap_atomic(pages[1]);
733         memcpy(addr, buf + sizes[0], sizes[1]);
734         kunmap_atomic(addr);
735
736 out:
737         /* enable page faults to match kunmap_atomic() return conditions */
738         pagefault_enable();
739 }
740
741 #endif /* USE_PGTABLE_MAPPING */
742
743 static int zs_cpu_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long action,
744                                 void *pcpu)
745 {
746         int ret, cpu = (long)pcpu;
747         struct mapping_area *area;
748
749         switch (action) {
750         case CPU_UP_PREPARE:
751                 area = &per_cpu(zs_map_area, cpu);
752                 ret = __zs_cpu_up(area);
753                 if (ret)
754                         return notifier_from_errno(ret);
755                 break;
756         case CPU_DEAD:
757         case CPU_UP_CANCELED:
758                 area = &per_cpu(zs_map_area, cpu);
759                 __zs_cpu_down(area);
760                 break;
761         }
762
763         return NOTIFY_OK;
764 }
765
766 static struct notifier_block zs_cpu_nb = {
767         .notifier_call = zs_cpu_notifier
768 };
769
770 static void zs_exit(void)
771 {
772         int cpu;
773
774         for_each_online_cpu(cpu)
775                 zs_cpu_notifier(NULL, CPU_DEAD, (void *)(long)cpu);
776         unregister_cpu_notifier(&zs_cpu_nb);
777 }
778
779 static int zs_init(void)
780 {
781         int cpu, ret;
782
783         register_cpu_notifier(&zs_cpu_nb);
784         for_each_online_cpu(cpu) {
785                 ret = zs_cpu_notifier(NULL, CPU_UP_PREPARE, (void *)(long)cpu);
786                 if (notifier_to_errno(ret))
787                         goto fail;
788         }
789         return 0;
790 fail:
791         zs_exit();
792         return notifier_to_errno(ret);
793 }
794
795 /**
796  * zs_create_pool - Creates an allocation pool to work from.
797  * @flags: allocation flags used to allocate pool metadata
798  *
799  * This function must be called before anything when using
800  * the zsmalloc allocator.
801  *
802  * On success, a pointer to the newly created pool is returned,
803  * otherwise NULL.
804  */
805 struct zs_pool *zs_create_pool(gfp_t flags)
806 {
807         int i, ovhd_size;
808         struct zs_pool *pool;
809
810         ovhd_size = roundup(sizeof(*pool), PAGE_SIZE);
811         pool = kzalloc(ovhd_size, GFP_KERNEL);
812         if (!pool)
813                 return NULL;
814
815         for (i = 0; i < ZS_SIZE_CLASSES; i++) {
816                 int size;
817                 struct size_class *class;
818
819                 size = ZS_MIN_ALLOC_SIZE + i * ZS_SIZE_CLASS_DELTA;
820                 if (size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE)
821                         size = ZS_MAX_ALLOC_SIZE;
822
823                 class = &pool->size_class[i];
824                 class->size = size;
825                 class->index = i;
826                 spin_lock_init(&class->lock);
827                 class->pages_per_zspage = get_pages_per_zspage(size);
828
829         }
830
831         pool->flags = flags;
832
833         return pool;
834 }
835 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_create_pool);
836
837 void zs_destroy_pool(struct zs_pool *pool)
838 {
839         int i;
840
841         for (i = 0; i < ZS_SIZE_CLASSES; i++) {
842                 int fg;
843                 struct size_class *class = &pool->size_class[i];
844
845                 for (fg = 0; fg < _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS; fg++) {
846                         if (class->fullness_list[fg]) {
847                                 pr_info("Freeing non-empty class with size "
848                                         "%db, fullness group %d\n",
849                                         class->size, fg);
850                         }
851                 }
852         }
853         kfree(pool);
854 }
855 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_destroy_pool);
856
857 /**
858  * zs_malloc - Allocate block of given size from pool.
859  * @pool: pool to allocate from
860  * @size: size of block to allocate
861  *
862  * On success, handle to the allocated object is returned,
863  * otherwise 0.
864  * Allocation requests with size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE will fail.
865  */
866 unsigned long zs_malloc(struct zs_pool *pool, size_t size)
867 {
868         unsigned long obj;
869         struct link_free *link;
870         int class_idx;
871         struct size_class *class;
872
873         struct page *first_page, *m_page;
874         unsigned long m_objidx, m_offset;
875
876         if (unlikely(!size || size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE))
877                 return 0;
878
879         class_idx = get_size_class_index(size);
880         class = &pool->size_class[class_idx];
881         BUG_ON(class_idx != class->index);
882
883         spin_lock(&class->lock);
884         first_page = find_get_zspage(class);
885
886         if (!first_page) {
887                 spin_unlock(&class->lock);
888                 first_page = alloc_zspage(class, pool->flags);
889                 if (unlikely(!first_page))
890                         return 0;
891
892                 set_zspage_mapping(first_page, class->index, ZS_EMPTY);
893                 spin_lock(&class->lock);
894                 class->pages_allocated += class->pages_per_zspage;
895         }
896
897         obj = (unsigned long)first_page->freelist;
898         obj_handle_to_location(obj, &m_page, &m_objidx);
899         m_offset = obj_idx_to_offset(m_page, m_objidx, class->size);
900
901         link = (struct link_free *)kmap_atomic(m_page) +
902                                         m_offset / sizeof(*link);
903         first_page->freelist = link->next;
904         memset(link, POISON_INUSE, sizeof(*link));
905         kunmap_atomic(link);
906
907         first_page->inuse++;
908         /* Now move the zspage to another fullness group, if required */
909         fix_fullness_group(pool, first_page);
910         spin_unlock(&class->lock);
911
912         return obj;
913 }
914 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_malloc);
915
916 void zs_free(struct zs_pool *pool, unsigned long obj)
917 {
918         struct link_free *link;
919         struct page *first_page, *f_page;
920         unsigned long f_objidx, f_offset;
921
922         int class_idx;
923         struct size_class *class;
924         enum fullness_group fullness;
925
926         if (unlikely(!obj))
927                 return;
928
929         obj_handle_to_location(obj, &f_page, &f_objidx);
930         first_page = get_first_page(f_page);
931
932         get_zspage_mapping(first_page, &class_idx, &fullness);
933         class = &pool->size_class[class_idx];
934         f_offset = obj_idx_to_offset(f_page, f_objidx, class->size);
935
936         spin_lock(&class->lock);
937
938         /* Insert this object in containing zspage's freelist */
939         link = (struct link_free *)((unsigned char *)kmap_atomic(f_page)
940                                                         + f_offset);
941         link->next = first_page->freelist;
942         kunmap_atomic(link);
943         first_page->freelist = (void *)obj;
944
945         first_page->inuse--;
946         fullness = fix_fullness_group(pool, first_page);
947
948         if (fullness == ZS_EMPTY)
949                 class->pages_allocated -= class->pages_per_zspage;
950
951         spin_unlock(&class->lock);
952
953         if (fullness == ZS_EMPTY)
954                 free_zspage(first_page);
955 }
956 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_free);
957
958 /**
959  * zs_map_object - get address of allocated object from handle.
960  * @pool: pool from which the object was allocated
961  * @handle: handle returned from zs_malloc
962  *
963  * Before using an object allocated from zs_malloc, it must be mapped using
964  * this function. When done with the object, it must be unmapped using
965  * zs_unmap_object.
966  *
967  * Only one object can be mapped per cpu at a time. There is no protection
968  * against nested mappings.
969  *
970  * This function returns with preemption and page faults disabled.
971 */
972 void *zs_map_object(struct zs_pool *pool, unsigned long handle,
973                         enum zs_mapmode mm)
974 {
975         struct page *page;
976         unsigned long obj_idx, off;
977
978         unsigned int class_idx;
979         enum fullness_group fg;
980         struct size_class *class;
981         struct mapping_area *area;
982         struct page *pages[2];
983
984         BUG_ON(!handle);
985
986         /*
987          * Because we use per-cpu mapping areas shared among the
988          * pools/users, we can't allow mapping in interrupt context
989          * because it can corrupt another users mappings.
990          */
991         BUG_ON(in_interrupt());
992
993         obj_handle_to_location(handle, &page, &obj_idx);
994         get_zspage_mapping(get_first_page(page), &class_idx, &fg);
995         class = &pool->size_class[class_idx];
996         off = obj_idx_to_offset(page, obj_idx, class->size);
997
998         area = &get_cpu_var(zs_map_area);
999         area->vm_mm = mm;
1000         if (off + class->size <= PAGE_SIZE) {
1001                 /* this object is contained entirely within a page */
1002                 area->vm_addr = kmap_atomic(page);
1003                 return area->vm_addr + off;
1004         }
1005
1006         /* this object spans two pages */
1007         pages[0] = page;
1008         pages[1] = get_next_page(page);
1009         BUG_ON(!pages[1]);
1010
1011         return __zs_map_object(area, pages, off, class->size);
1012 }
1013 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_map_object);
1014
1015 void zs_unmap_object(struct zs_pool *pool, unsigned long handle)
1016 {
1017         struct page *page;
1018         unsigned long obj_idx, off;
1019
1020         unsigned int class_idx;
1021         enum fullness_group fg;
1022         struct size_class *class;
1023         struct mapping_area *area;
1024
1025         BUG_ON(!handle);
1026
1027         obj_handle_to_location(handle, &page, &obj_idx);
1028         get_zspage_mapping(get_first_page(page), &class_idx, &fg);
1029         class = &pool->size_class[class_idx];
1030         off = obj_idx_to_offset(page, obj_idx, class->size);
1031
1032         area = &__get_cpu_var(zs_map_area);
1033         if (off + class->size <= PAGE_SIZE)
1034                 kunmap_atomic(area->vm_addr);
1035         else {
1036                 struct page *pages[2];
1037
1038                 pages[0] = page;
1039                 pages[1] = get_next_page(page);
1040                 BUG_ON(!pages[1]);
1041
1042                 __zs_unmap_object(area, pages, off, class->size);
1043         }
1044         put_cpu_var(zs_map_area);
1045 }
1046 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_unmap_object);
1047
1048 u64 zs_get_total_size_bytes(struct zs_pool *pool)
1049 {
1050         int i;
1051         u64 npages = 0;
1052
1053         for (i = 0; i < ZS_SIZE_CLASSES; i++)
1054                 npages += pool->size_class[i].pages_allocated;
1055
1056         return npages << PAGE_SHIFT;
1057 }
1058 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_get_total_size_bytes);
1059
1060 module_init(zs_init);
1061 module_exit(zs_exit);
1062
1063 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
1064 MODULE_AUTHOR("Nitin Gupta <ngupta@vflare.org>");