drivers/gpu/drm/drm_mm.c

   1 /**************************************************************************
   2  *
   3  * Copyright 2006 Tungsten Graphics, Inc., Bismarck, ND., USA.
   4  * Copyright 2016 Intel Corporation
   5  * All Rights Reserved.
   6  *
   7  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a
   8  * copy of this software and associated documentation files (the
   9  * "Software"), to deal in the Software without restriction, including
  10  * without limitation the rights to use, copy, modify, merge, publish,
  11  * distribute, sub license, and/or sell copies of the Software, and to
  12  * permit persons to whom the Software is furnished to do so, subject to
  13  * the following conditions:
  14  *
  15  * The above copyright notice and this permission notice (including the
  16  * next paragraph) shall be included in all copies or substantial portions
  17  * of the Software.
  18  *
  19  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
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  21  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NON-INFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL
  22  * THE COPYRIGHT HOLDERS, AUTHORS AND/OR ITS SUPPLIERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM,
  23  * DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR
  24  * OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE
  25  * USE OR OTHER DEALINGS IN THE SOFTWARE.
  26  *
  27  *
  28  **************************************************************************/
  29
  30 /*
  31  * Generic simple memory manager implementation. Intended to be used as a base
  32  * class implementation for more advanced memory managers.
  33  *
  34  * Note that the algorithm used is quite simple and there might be substantial
  35  * performance gains if a smarter free list is implemented. Currently it is
  36  * just an unordered stack of free regions. This could easily be improved if
  37  * an RB-tree is used instead. At least if we expect heavy fragmentation.
  38  *
  39  * Aligned allocations can also see improvement.
  40  *
  41  * Authors:
  42  * Thomas Hellström <thomas-at-tungstengraphics-dot-com>
  43  */
  44
  45 #include <drm/drmP.h>
  46 #include <drm/drm_mm.h>
  47 #include <linux/slab.h>
  48 #include <linux/seq_file.h>
  49 #include <linux/export.h>
  50 #include <linux/interval_tree_generic.h>
  51
  52 /**
  53  * DOC: Overview
  54  *
  55  * drm_mm provides a simple range allocator. The drivers are free to use the
  56  * resource allocator from the linux core if it suits them, the upside of drm_mm
  57  * is that it's in the DRM core. Which means that it's easier to extend for
  58  * some of the crazier special purpose needs of gpus.
  59  *
  60  * The main data struct is &drm_mm, allocations are tracked in &drm_mm_node.
  61  * Drivers are free to embed either of them into their own suitable
  62  * datastructures. drm_mm itself will not do any memory allocations of its own,
  63  * so if drivers choose not to embed nodes they need to still allocate them
  64  * themselves.
  65  *
  66  * The range allocator also supports reservation of preallocated blocks. This is
  67  * useful for taking over initial mode setting configurations from the firmware,
  68  * where an object needs to be created which exactly matches the firmware's
  69  * scanout target. As long as the range is still free it can be inserted anytime
  70  * after the allocator is initialized, which helps with avoiding looped
  71  * dependencies in the driver load sequence.
  72  *
  73  * drm_mm maintains a stack of most recently freed holes, which of all
  74  * simplistic datastructures seems to be a fairly decent approach to clustering
  75  * allocations and avoiding too much fragmentation. This means free space
  76  * searches are O(num_holes). Given that all the fancy features drm_mm supports
  77  * something better would be fairly complex and since gfx thrashing is a fairly
  78  * steep cliff not a real concern. Removing a node again is O(1).
  79  *
  80  * drm_mm supports a few features: Alignment and range restrictions can be
  81  * supplied. Furthermore every &drm_mm_node has a color value (which is just an
  82  * opaque unsigned long) which in conjunction with a driver callback can be used
  83  * to implement sophisticated placement restrictions. The i915 DRM driver uses
  84  * this to implement guard pages between incompatible caching domains in the
  85  * graphics TT.
  86  *
  87  * Two behaviors are supported for searching and allocating: bottom-up and
  88  * top-down. The default is bottom-up. Top-down allocation can be used if the
  89  * memory area has different restrictions, or just to reduce fragmentation.
  90  *
  91  * Finally iteration helpers to walk all nodes and all holes are provided as are
  92  * some basic allocator dumpers for debugging.
  93  *
  94  * Note that this range allocator is not thread-safe, drivers need to protect
  95  * modifications with their own locking. The idea behind this is that for a full
  96  * memory manager additional data needs to be protected anyway, hence internal
  97  * locking would be fully redundant.
  98  */
  99
 100 #ifdef CONFIG_DRM_DEBUG_MM
 101 #include <linux/stackdepot.h>
 102
 103 #define STACKDEPTH 32
 104 #define BUFSZ 4096
 105
 106 static noinline void save_stack(struct drm_mm_node *node)
 107 {
 108         unsigned long entries[STACKDEPTH];
 109         struct stack_trace trace = {
 110                 .entries = entries,
 111                 .max_entries = STACKDEPTH,
 112                 .skip = 1
 113         };
 114
 115         save_stack_trace(&trace);
 116         if (trace.nr_entries != 0 &&
 117             trace.entries[trace.nr_entries-1] == ULONG_MAX)
 118                 trace.nr_entries--;
 119
 120         /* May be called under spinlock, so avoid sleeping */
 121         node->stack = depot_save_stack(&trace, GFP_NOWAIT);
 122 }
 123
 124 static void show_leaks(struct drm_mm *mm)
 125 {
 126         struct drm_mm_node *node;
 127         unsigned long entries[STACKDEPTH];
 128         char *buf;
 129
 130         buf = kmalloc(BUFSZ, GFP_KERNEL);
 131         if (!buf)
 132                 return;
 133
 134         list_for_each_entry(node, drm_mm_nodes(mm), node_list) {
 135                 struct stack_trace trace = {
 136                         .entries = entries,
 137                         .max_entries = STACKDEPTH
 138                 };
 139
 140                 if (!node->stack) {
 141                         DRM_ERROR("node [%08llx + %08llx]: unknown owner\n",
 142                                   node->start, node->size);
 143                         continue;
 144                 }
 145
 146                 depot_fetch_stack(node->stack, &trace);
 147                 snprint_stack_trace(buf, BUFSZ, &trace, 0);
 148                 DRM_ERROR("node [%08llx + %08llx]: inserted at\n%s",
 149                           node->start, node->size, buf);
 150         }
 151
 152         kfree(buf);
 153 }
 154
 155 #undef STACKDEPTH
 156 #undef BUFSZ
 157 #else
 158 static void save_stack(struct drm_mm_node *node) { }
 159 static void show_leaks(struct drm_mm *mm) { }
 160 #endif
 161
 162 #define START(node) ((node)->start)
 163 #define LAST(node)  ((node)->start + (node)->size - 1)
 164
 165 INTERVAL_TREE_DEFINE(struct drm_mm_node, rb,
 166                      u64, __subtree_last,
 167                      START, LAST, static inline, drm_mm_interval_tree)
 168
 169 struct drm_mm_node *
 170 __drm_mm_interval_first(const struct drm_mm *mm, u64 start, u64 last)
 171 {
 172         return drm_mm_interval_tree_iter_first((struct rb_root_cached *)&mm->interval_tree,
 173                                                start, last) ?: (struct drm_mm_node *)&mm->head_node;
 174 }
 175 EXPORT_SYMBOL(__drm_mm_interval_first);
 176
 177 static void drm_mm_interval_tree_add_node(struct drm_mm_node *hole_node,
 178                                           struct drm_mm_node *node)
 179 {
 180         struct drm_mm *mm = hole_node->mm;
 181         struct rb_node **link, *rb;
 182         struct drm_mm_node *parent;
 183         bool leftmost = true;
 184
 185         node->__subtree_last = LAST(node);
 186
 187         if (hole_node->allocated) {
 188                 rb = &hole_node->rb;
 189                 while (rb) {
 190                         parent = rb_entry(rb, struct drm_mm_node, rb);
 191                         if (parent->__subtree_last >= node->__subtree_last)
 192                                 break;
 193
 194                         parent->__subtree_last = node->__subtree_last;
 195                         rb = rb_parent(rb);
 196                 }
 197
 198                 rb = &hole_node->rb;
 199                 link = &hole_node->rb.rb_right;
 200                 leftmost = false;
 201         } else {
 202                 rb = NULL;
 203                 link = &mm->interval_tree.rb_root.rb_node;
 204         }
 205
 206         while (*link) {
 207                 rb = *link;
 208                 parent = rb_entry(rb, struct drm_mm_node, rb);
 209                 if (parent->__subtree_last < node->__subtree_last)
 210                         parent->__subtree_last = node->__subtree_last;
 211                 if (node->start < parent->start)
 212                         link = &parent->rb.rb_left;
 213                 else {
 214                         link = &parent->rb.rb_right;
 215                         leftmost = true;
 216                 }
 217         }
 218
 219         rb_link_node(&node->rb, rb, link);
 220         rb_insert_augmented_cached(&node->rb, &mm->interval_tree, leftmost,
 221                                    &drm_mm_interval_tree_augment);
 222 }
 223
 224 #define RB_INSERT(root, member, expr) do { \
 225         struct rb_node **link = &root.rb_node, *rb = NULL; \
 226         u64 x = expr(node); \
 227         while (*link) { \
 228                 rb = *link; \
 229                 if (x < expr(rb_entry(rb, struct drm_mm_node, member))) \
 230                         link = &rb->rb_left; \
 231                 else \
 232                         link = &rb->rb_right; \
 233         } \
 234         rb_link_node(&node->member, rb, link); \
 235         rb_insert_color(&node->member, &root); \
 236 } while (0)
 237
 238 #define HOLE_SIZE(NODE) ((NODE)->hole_size)
 239 #define HOLE_ADDR(NODE) (__drm_mm_hole_node_start(NODE))
 240
 241 static void add_hole(struct drm_mm_node *node)
 242 {
 243         struct drm_mm *mm = node->mm;
 244
 245         node->hole_size =
 246                 __drm_mm_hole_node_end(node) - __drm_mm_hole_node_start(node);
 247         DRM_MM_BUG_ON(!drm_mm_hole_follows(node));
 248
 249         RB_INSERT(mm->holes_size, rb_hole_size, HOLE_SIZE);
 250         RB_INSERT(mm->holes_addr, rb_hole_addr, HOLE_ADDR);
 251
 252         list_add(&node->hole_stack, &mm->hole_stack);
 253 }
 254
 255 static void rm_hole(struct drm_mm_node *node)
 256 {
 257         DRM_MM_BUG_ON(!drm_mm_hole_follows(node));
 258
 259         list_del(&node->hole_stack);
 260         rb_erase(&node->rb_hole_size, &node->mm->holes_size);
 261         rb_erase(&node->rb_hole_addr, &node->mm->holes_addr);
 262         node->hole_size = 0;
 263
 264         DRM_MM_BUG_ON(drm_mm_hole_follows(node));
 265 }
 266
 267 static inline struct drm_mm_node *rb_hole_size_to_node(struct rb_node *rb)
 268 {
 269         return rb_entry_safe(rb, struct drm_mm_node, rb_hole_size);
 270 }
 271
 272 static inline struct drm_mm_node *rb_hole_addr_to_node(struct rb_node *rb)
 273 {
 274         return rb_entry_safe(rb, struct drm_mm_node, rb_hole_addr);
 275 }
 276
 277 static inline u64 rb_hole_size(struct rb_node *rb)
 278 {
 279         return rb_entry(rb, struct drm_mm_node, rb_hole_size)->hole_size;
 280 }
 281
 282 static struct drm_mm_node *best_hole(struct drm_mm *mm, u64 size)
 283 {
 284         struct rb_node *best = NULL;
 285         struct rb_node **link = &mm->holes_size.rb_node;
 286
 287         while (*link) {
 288                 struct rb_node *rb = *link;
 289
 290                 if (size <= rb_hole_size(rb)) {
 291                         link = &rb->rb_left;
 292                         best = rb;
 293                 } else {
 294                         link = &rb->rb_right;
 295                 }
 296         }
 297
 298         return rb_hole_size_to_node(best);
 299 }
 300
 301 static struct drm_mm_node *find_hole(struct drm_mm *mm, u64 addr)
 302 {
 303         struct drm_mm_node *node = NULL;
 304         struct rb_node **link = &mm->holes_addr.rb_node;
 305
 306         while (*link) {
 307                 u64 hole_start;
 308
 309                 node = rb_hole_addr_to_node(*link);
 310                 hole_start = __drm_mm_hole_node_start(node);
 311
 312                 if (addr < hole_start)
 313                         link = &node->rb_hole_addr.rb_left;
 314                 else if (addr > hole_start + node->hole_size)
 315                         link = &node->rb_hole_addr.rb_right;
 316                 else
 317                         break;
 318         }
 319
 320         return node;
 321 }
 322
 323 static struct drm_mm_node *
 324 first_hole(struct drm_mm *mm,
 325            u64 start, u64 end, u64 size,
 326            enum drm_mm_insert_mode mode)
 327 {
 328         if (RB_EMPTY_ROOT(&mm->holes_size))
 329                 return NULL;
 330
 331         switch (mode) {
 332         default:
 333         case DRM_MM_INSERT_BEST:
 334                 return best_hole(mm, size);
 335
 336         case DRM_MM_INSERT_LOW:
 337                 return find_hole(mm, start);
 338
 339         case DRM_MM_INSERT_HIGH:
 340                 return find_hole(mm, end);
 341
 342         case DRM_MM_INSERT_EVICT:
 343                 return list_first_entry_or_null(&mm->hole_stack,
 344                                                 struct drm_mm_node,
 345                                                 hole_stack);
 346         }
 347 }
 348
 349 static struct drm_mm_node *
 350 next_hole(struct drm_mm *mm,
 351           struct drm_mm_node *node,
 352           enum drm_mm_insert_mode mode)
 353 {
 354         switch (mode) {
 355         default:
 356         case DRM_MM_INSERT_BEST:
 357                 return rb_hole_size_to_node(rb_next(&node->rb_hole_size));
 358
 359         case DRM_MM_INSERT_LOW:
 360                 return rb_hole_addr_to_node(rb_next(&node->rb_hole_addr));
 361
 362         case DRM_MM_INSERT_HIGH:
 363                 return rb_hole_addr_to_node(rb_prev(&node->rb_hole_addr));
 364
 365         case DRM_MM_INSERT_EVICT:
 366                 node = list_next_entry(node, hole_stack);
 367                 return &node->hole_stack == &mm->hole_stack ? NULL : node;
 368         }
 369 }
 370
 371 /**
 372  * drm_mm_reserve_node - insert an pre-initialized node
 373  * @mm: drm_mm allocator to insert @node into
 374  * @node: drm_mm_node to insert
 375  *
 376  * This functions inserts an already set-up &drm_mm_node into the allocator,
 377  * meaning that start, size and color must be set by the caller. All other
 378  * fields must be cleared to 0. This is useful to initialize the allocator with
 379  * preallocated objects which must be set-up before the range allocator can be
 380  * set-up, e.g. when taking over a firmware framebuffer.
 381  *
 382  * Returns:
 383  * 0 on success, -ENOSPC if there's no hole where @node is.
 384  */
 385 int drm_mm_reserve_node(struct drm_mm *mm, struct drm_mm_node *node)
 386 {
 387         u64 end = node->start + node->size;
 388         struct drm_mm_node *hole;
 389         u64 hole_start, hole_end;
 390         u64 adj_start, adj_end;
 391
 392         end = node->start + node->size;
 393         if (unlikely(end <= node->start))
 394                 return -ENOSPC;
 395
 396         /* Find the relevant hole to add our node to */
 397         hole = find_hole(mm, node->start);
 398         if (!hole)
 399                 return -ENOSPC;
 400
 401         adj_start = hole_start = __drm_mm_hole_node_start(hole);
 402         adj_end = hole_end = hole_start + hole->hole_size;
 403
 404         if (mm->color_adjust)
 405                 mm->color_adjust(hole, node->color, &adj_start, &adj_end);
 406
 407         if (adj_start > node->start || adj_end < end)
 408                 return -ENOSPC;
 409
 410         node->mm = mm;
 411
 412         list_add(&node->node_list, &hole->node_list);
 413         drm_mm_interval_tree_add_node(hole, node);
 414         node->allocated = true;
 415         node->hole_size = 0;
 416
 417         rm_hole(hole);
 418         if (node->start > hole_start)
 419                 add_hole(hole);
 420         if (end < hole_end)
 421                 add_hole(node);
 422
 423         save_stack(node);
 424         return 0;
 425 }
 426 EXPORT_SYMBOL(drm_mm_reserve_node);
 427
 428 /**
 429  * drm_mm_insert_node_in_range - ranged search for space and insert @node
 430  * @mm: drm_mm to allocate from
 431  * @node: preallocate node to insert
 432  * @size: size of the allocation
 433  * @alignment: alignment of the allocation
 434  * @color: opaque tag value to use for this node
 435  * @range_start: start of the allowed range for this node
 436  * @range_end: end of the allowed range for this node
 437  * @mode: fine-tune the allocation search and placement
 438  *
 439  * The preallocated @node must be cleared to 0.
 440  *
 441  * Returns:
 442  * 0 on success, -ENOSPC if there's no suitable hole.
 443  */
 444 int drm_mm_insert_node_in_range(struct drm_mm * const mm,
 445                                 struct drm_mm_node * const node,
 446                                 u64 size, u64 alignment,
 447                                 unsigned long color,
 448                                 u64 range_start, u64 range_end,
 449                                 enum drm_mm_insert_mode mode)
 450 {
 451         struct drm_mm_node *hole;
 452         u64 remainder_mask;
 453
 454         DRM_MM_BUG_ON(range_start >= range_end);
 455
 456         if (unlikely(size == 0 || range_end - range_start < size))
 457                 return -ENOSPC;
 458
 459         if (alignment <= 1)
 460                 alignment = 0;
 461
 462         remainder_mask = is_power_of_2(alignment) ? alignment - 1 : 0;
 463         for (hole = first_hole(mm, range_start, range_end, size, mode); hole;
 464              hole = next_hole(mm, hole, mode)) {
 465                 u64 hole_start = __drm_mm_hole_node_start(hole);
 466                 u64 hole_end = hole_start + hole->hole_size;
 467                 u64 adj_start, adj_end;
 468                 u64 col_start, col_end;
 469
 470                 if (mode == DRM_MM_INSERT_LOW && hole_start >= range_end)
 471                         break;
 472
 473                 if (mode == DRM_MM_INSERT_HIGH && hole_end <= range_start)
 474                         break;
 475
 476                 col_start = hole_start;
 477                 col_end = hole_end;
 478                 if (mm->color_adjust)
 479                         mm->color_adjust(hole, color, &col_start, &col_end);
 480
 481                 adj_start = max(col_start, range_start);
 482                 adj_end = min(col_end, range_end);
 483
 484                 if (adj_end <= adj_start || adj_end - adj_start < size)
 485                         continue;
 486
 487                 if (mode == DRM_MM_INSERT_HIGH)
 488                         adj_start = adj_end - size;
 489
 490                 if (alignment) {
 491                         u64 rem;
 492
 493                         if (likely(remainder_mask))
 494                                 rem = adj_start & remainder_mask;
 495                         else
 496                                 div64_u64_rem(adj_start, alignment, &rem);
 497                         if (rem) {
 498                                 adj_start -= rem;
 499                                 if (mode != DRM_MM_INSERT_HIGH)
 500                                         adj_start += alignment;
 501
 502                                 if (adj_start < max(col_start, range_start) ||
 503                                     min(col_end, range_end) - adj_start < size)
 504                                         continue;
 505
 506                                 if (adj_end <= adj_start ||
 507                                     adj_end - adj_start < size)
 508                                         continue;
 509                         }
 510                 }
 511
 512                 node->mm = mm;
 513                 node->size = size;
 514                 node->start = adj_start;
 515                 node->color = color;
 516                 node->hole_size = 0;
 517
 518                 list_add(&node->node_list, &hole->node_list);
 519                 drm_mm_interval_tree_add_node(hole, node);
 520                 node->allocated = true;
 521
 522                 rm_hole(hole);
 523                 if (adj_start > hole_start)
 524                         add_hole(hole);
 525                 if (adj_start + size < hole_end)
 526                         add_hole(node);
 527
 528                 save_stack(node);
 529                 return 0;
 530         }
 531
 532         return -ENOSPC;
 533 }
 534 EXPORT_SYMBOL(drm_mm_insert_node_in_range);
 535
 536 /**
 537  * drm_mm_remove_node - Remove a memory node from the allocator.
 538  * @node: drm_mm_node to remove
 539  *
 540  * This just removes a node from its drm_mm allocator. The node does not need to
 541  * be cleared again before it can be re-inserted into this or any other drm_mm
 542  * allocator. It is a bug to call this function on a unallocated node.
 543  */
 544 void drm_mm_remove_node(struct drm_mm_node *node)
 545 {
 546         struct drm_mm *mm = node->mm;
 547         struct drm_mm_node *prev_node;
 548
 549         DRM_MM_BUG_ON(!node->allocated);
 550         DRM_MM_BUG_ON(node->scanned_block);
 551
 552         prev_node = list_prev_entry(node, node_list);
 553
 554         if (drm_mm_hole_follows(node))
 555                 rm_hole(node);
 556
 557         drm_mm_interval_tree_remove(node, &mm->interval_tree);
 558         list_del(&node->node_list);
 559         node->allocated = false;
 560
 561         if (drm_mm_hole_follows(prev_node))
 562                 rm_hole(prev_node);
 563         add_hole(prev_node);
 564 }
 565 EXPORT_SYMBOL(drm_mm_remove_node);
 566
 567 /**
 568  * drm_mm_replace_node - move an allocation from @old to @new
 569  * @old: drm_mm_node to remove from the allocator
 570  * @new: drm_mm_node which should inherit @old's allocation
 571  *
 572  * This is useful for when drivers embed the drm_mm_node structure and hence
 573  * can't move allocations by reassigning pointers. It's a combination of remove
 574  * and insert with the guarantee that the allocation start will match.
 575  */
 576 void drm_mm_replace_node(struct drm_mm_node *old, struct drm_mm_node *new)
 577 {
 578         struct drm_mm *mm = old->mm;
 579
 580         DRM_MM_BUG_ON(!old->allocated);
 581
 582         *new = *old;
 583
 584         list_replace(&old->node_list, &new->node_list);
 585         rb_replace_node_cached(&old->rb, &new->rb, &mm->interval_tree);
 586
 587         if (drm_mm_hole_follows(old)) {
 588                 list_replace(&old->hole_stack, &new->hole_stack);
 589                 rb_replace_node(&old->rb_hole_size,
 590                                 &new->rb_hole_size,
 591                                 &mm->holes_size);
 592                 rb_replace_node(&old->rb_hole_addr,
 593                                 &new->rb_hole_addr,
 594                                 &mm->holes_addr);
 595         }
 596
 597         old->allocated = false;
 598         new->allocated = true;
 599 }
 600 EXPORT_SYMBOL(drm_mm_replace_node);
 601
 602 /**
 603  * DOC: lru scan roster
 604  *
 605  * Very often GPUs need to have continuous allocations for a given object. When
 606  * evicting objects to make space for a new one it is therefore not most
 607  * efficient when we simply start to select all objects from the tail of an LRU
 608  * until there's a suitable hole: Especially for big objects or nodes that
 609  * otherwise have special allocation constraints there's a good chance we evict
 610  * lots of (smaller) objects unnecessarily.
 611  *
 612  * The DRM range allocator supports this use-case through the scanning
 613  * interfaces. First a scan operation needs to be initialized with
 614  * drm_mm_scan_init() or drm_mm_scan_init_with_range(). The driver adds
 615  * objects to the roster, probably by walking an LRU list, but this can be
 616  * freely implemented. Eviction candiates are added using
 617  * drm_mm_scan_add_block() until a suitable hole is found or there are no
 618  * further evictable objects. Eviction roster metadata is tracked in &struct
 619  * drm_mm_scan.
 620  *
 621  * The driver must walk through all objects again in exactly the reverse
 622  * order to restore the allocator state. Note that while the allocator is used
 623  * in the scan mode no other operation is allowed.
 624  *
 625  * Finally the driver evicts all objects selected (drm_mm_scan_remove_block()
 626  * reported true) in the scan, and any overlapping nodes after color adjustment
 627  * (drm_mm_scan_color_evict()). Adding and removing an object is O(1), and
 628  * since freeing a node is also O(1) the overall complexity is
 629  * O(scanned_objects). So like the free stack which needs to be walked before a
 630  * scan operation even begins this is linear in the number of objects. It
 631  * doesn't seem to hurt too badly.
 632  */
 633
 634 /**
 635  * drm_mm_scan_init_with_range - initialize range-restricted lru scanning
 636  * @scan: scan state
 637  * @mm: drm_mm to scan
 638  * @size: size of the allocation
 639  * @alignment: alignment of the allocation
 640  * @color: opaque tag value to use for the allocation
 641  * @start: start of the allowed range for the allocation
 642  * @end: end of the allowed range for the allocation
 643  * @mode: fine-tune the allocation search and placement
 644  *
 645  * This simply sets up the scanning routines with the parameters for the desired
 646  * hole.
 647  *
 648  * Warning:
 649  * As long as the scan list is non-empty, no other operations than
 650  * adding/removing nodes to/from the scan list are allowed.
 651  */
 652 void drm_mm_scan_init_with_range(struct drm_mm_scan *scan,
 653                                  struct drm_mm *mm,
 654                                  u64 size,
 655                                  u64 alignment,
 656                                  unsigned long color,
 657                                  u64 start,
 658                                  u64 end,
 659                                  enum drm_mm_insert_mode mode)
 660 {
 661         DRM_MM_BUG_ON(start >= end);
 662         DRM_MM_BUG_ON(!size || size > end - start);
 663         DRM_MM_BUG_ON(mm->scan_active);
 664
 665         scan->mm = mm;
 666
 667         if (alignment <= 1)
 668                 alignment = 0;
 669
 670         scan->color = color;
 671         scan->alignment = alignment;
 672         scan->remainder_mask = is_power_of_2(alignment) ? alignment - 1 : 0;
 673         scan->size = size;
 674         scan->mode = mode;
 675
 676         DRM_MM_BUG_ON(end <= start);
 677         scan->range_start = start;
 678         scan->range_end = end;
 679
 680         scan->hit_start = U64_MAX;
 681         scan->hit_end = 0;
 682 }
 683 EXPORT_SYMBOL(drm_mm_scan_init_with_range);
 684
 685 /**
 686  * drm_mm_scan_add_block - add a node to the scan list
 687  * @scan: the active drm_mm scanner
 688  * @node: drm_mm_node to add
 689  *
 690  * Add a node to the scan list that might be freed to make space for the desired
 691  * hole.
 692  *
 693  * Returns:
 694  * True if a hole has been found, false otherwise.
 695  */
 696 bool drm_mm_scan_add_block(struct drm_mm_scan *scan,
 697                            struct drm_mm_node *node)
 698 {
 699         struct drm_mm *mm = scan->mm;
 700         struct drm_mm_node *hole;
 701         u64 hole_start, hole_end;
 702         u64 col_start, col_end;
 703         u64 adj_start, adj_end;
 704
 705         DRM_MM_BUG_ON(node->mm != mm);
 706         DRM_MM_BUG_ON(!node->allocated);
 707         DRM_MM_BUG_ON(node->scanned_block);
 708         node->scanned_block = true;
 709         mm->scan_active++;
 710
 711         /* Remove this block from the node_list so that we enlarge the hole
 712          * (distance between the end of our previous node and the start of
 713          * or next), without poisoning the link so that we can restore it
 714          * later in drm_mm_scan_remove_block().
 715          */
 716         hole = list_prev_entry(node, node_list);
 717         DRM_MM_BUG_ON(list_next_entry(hole, node_list) != node);
 718         __list_del_entry(&node->node_list);
 719
 720         hole_start = __drm_mm_hole_node_start(hole);
 721         hole_end = __drm_mm_hole_node_end(hole);
 722
 723         col_start = hole_start;
 724         col_end = hole_end;
 725         if (mm->color_adjust)
 726                 mm->color_adjust(hole, scan->color, &col_start, &col_end);
 727
 728         adj_start = max(col_start, scan->range_start);
 729         adj_end = min(col_end, scan->range_end);
 730         if (adj_end <= adj_start || adj_end - adj_start < scan->size)
 731                 return false;
 732
 733         if (scan->mode == DRM_MM_INSERT_HIGH)
 734                 adj_start = adj_end - scan->size;
 735
 736         if (scan->alignment) {
 737                 u64 rem;
 738
 739                 if (likely(scan->remainder_mask))
 740                         rem = adj_start & scan->remainder_mask;
 741                 else
 742                         div64_u64_rem(adj_start, scan->alignment, &rem);
 743                 if (rem) {
 744                         adj_start -= rem;
 745                         if (scan->mode != DRM_MM_INSERT_HIGH)
 746                                 adj_start += scan->alignment;
 747                         if (adj_start < max(col_start, scan->range_start) ||
 748                             min(col_end, scan->range_end) - adj_start < scan->size)
 749                                 return false;
 750
 751                         if (adj_end <= adj_start ||
 752                             adj_end - adj_start < scan->size)
 753                                 return false;
 754                 }
 755         }
 756
 757         scan->hit_start = adj_start;
 758         scan->hit_end = adj_start + scan->size;
 759
 760         DRM_MM_BUG_ON(scan->hit_start >= scan->hit_end);
 761         DRM_MM_BUG_ON(scan->hit_start < hole_start);
 762         DRM_MM_BUG_ON(scan->hit_end > hole_end);
 763
 764         return true;
 765 }
 766 EXPORT_SYMBOL(drm_mm_scan_add_block);
 767
 768 /**
 769  * drm_mm_scan_remove_block - remove a node from the scan list
 770  * @scan: the active drm_mm scanner
 771  * @node: drm_mm_node to remove
 772  *
 773  * Nodes **must** be removed in exactly the reverse order from the scan list as
 774  * they have been added (e.g. using list_add() as they are added and then
 775  * list_for_each() over that eviction list to remove), otherwise the internal
 776  * state of the memory manager will be corrupted.
 777  *
 778  * When the scan list is empty, the selected memory nodes can be freed. An
 779  * immediately following drm_mm_insert_node_in_range_generic() or one of the
 780  * simpler versions of that function with !DRM_MM_SEARCH_BEST will then return
 781  * the just freed block (because its at the top of the free_stack list).
 782  *
 783  * Returns:
 784  * True if this block should be evicted, false otherwise. Will always
 785  * return false when no hole has been found.
 786  */
 787 bool drm_mm_scan_remove_block(struct drm_mm_scan *scan,
 788                               struct drm_mm_node *node)
 789 {
 790         struct drm_mm_node *prev_node;
 791
 792         DRM_MM_BUG_ON(node->mm != scan->mm);
 793         DRM_MM_BUG_ON(!node->scanned_block);
 794         node->scanned_block = false;
 795
 796         DRM_MM_BUG_ON(!node->mm->scan_active);
 797         node->mm->scan_active--;
 798
 799         /* During drm_mm_scan_add_block() we decoupled this node leaving
 800          * its pointers intact. Now that the caller is walking back along
 801          * the eviction list we can restore this block into its rightful
 802          * place on the full node_list. To confirm that the caller is walking
 803          * backwards correctly we check that prev_node->next == node->next,
 804          * i.e. both believe the same node should be on the other side of the
 805          * hole.
 806          */
 807         prev_node = list_prev_entry(node, node_list);
 808         DRM_MM_BUG_ON(list_next_entry(prev_node, node_list) !=
 809                       list_next_entry(node, node_list));
 810         list_add(&node->node_list, &prev_node->node_list);
 811
 812         return (node->start + node->size > scan->hit_start &&
 813                 node->start < scan->hit_end);
 814 }
 815 EXPORT_SYMBOL(drm_mm_scan_remove_block);
 816
 817 /**
 818  * drm_mm_scan_color_evict - evict overlapping nodes on either side of hole
 819  * @scan: drm_mm scan with target hole
 820  *
 821  * After completing an eviction scan and removing the selected nodes, we may
 822  * need to remove a few more nodes from either side of the target hole if
 823  * mm.color_adjust is being used.
 824  *
 825  * Returns:
 826  * A node to evict, or NULL if there are no overlapping nodes.
 827  */
 828 struct drm_mm_node *drm_mm_scan_color_evict(struct drm_mm_scan *scan)
 829 {
 830         struct drm_mm *mm = scan->mm;
 831         struct drm_mm_node *hole;
 832         u64 hole_start, hole_end;
 833
 834         DRM_MM_BUG_ON(list_empty(&mm->hole_stack));
 835
 836         if (!mm->color_adjust)
 837                 return NULL;
 838
 839         hole = list_first_entry(&mm->hole_stack, typeof(*hole), hole_stack);
 840         hole_start = __drm_mm_hole_node_start(hole);
 841         hole_end = hole_start + hole->hole_size;
 842
 843         DRM_MM_BUG_ON(hole_start > scan->hit_start);
 844         DRM_MM_BUG_ON(hole_end < scan->hit_end);
 845
 846         mm->color_adjust(hole, scan->color, &hole_start, &hole_end);
 847         if (hole_start > scan->hit_start)
 848                 return hole;
 849         if (hole_end < scan->hit_end)
 850                 return list_next_entry(hole, node_list);
 851
 852         return NULL;
 853 }
 854 EXPORT_SYMBOL(drm_mm_scan_color_evict);
 855
 856 /**
 857  * drm_mm_init - initialize a drm-mm allocator
 858  * @mm: the drm_mm structure to initialize
 859  * @start: start of the range managed by @mm
 860  * @size: end of the range managed by @mm
 861  *
 862  * Note that @mm must be cleared to 0 before calling this function.
 863  */
 864 void drm_mm_init(struct drm_mm *mm, u64 start, u64 size)
 865 {
 866         DRM_MM_BUG_ON(start + size <= start);
 867
 868         mm->color_adjust = NULL;
 869
 870         INIT_LIST_HEAD(&mm->hole_stack);
 871         mm->interval_tree = RB_ROOT_CACHED;
 872         mm->holes_size = RB_ROOT;
 873         mm->holes_addr = RB_ROOT;
 874
 875         /* Clever trick to avoid a special case in the free hole tracking. */
 876         INIT_LIST_HEAD(&mm->head_node.node_list);
 877         mm->head_node.allocated = false;
 878         mm->head_node.mm = mm;
 879         mm->head_node.start = start + size;
 880         mm->head_node.size = -size;
 881         add_hole(&mm->head_node);
 882
 883         mm->scan_active = 0;
 884 }
 885 EXPORT_SYMBOL(drm_mm_init);
 886
 887 /**
 888  * drm_mm_takedown - clean up a drm_mm allocator
 889  * @mm: drm_mm allocator to clean up
 890  *
 891  * Note that it is a bug to call this function on an allocator which is not
 892  * clean.
 893  */
 894 void drm_mm_takedown(struct drm_mm *mm)
 895 {
 896         if (WARN(!drm_mm_clean(mm),
 897                  "Memory manager not clean during takedown.\n"))
 898                 show_leaks(mm);
 899 }
 900 EXPORT_SYMBOL(drm_mm_takedown);
 901
 902 static u64 drm_mm_dump_hole(struct drm_printer *p, const struct drm_mm_node *entry)
 903 {
 904         u64 start, size;
 905
 906         size = entry->hole_size;
 907         if (size) {
 908                 start = drm_mm_hole_node_start(entry);
 909                 drm_printf(p, "%#018llx-%#018llx: %llu: free\n",
 910                            start, start + size, size);
 911         }
 912
 913         return size;
 914 }
 915 /**
 916  * drm_mm_print - print allocator state
 917  * @mm: drm_mm allocator to print
 918  * @p: DRM printer to use
 919  */
 920 void drm_mm_print(const struct drm_mm *mm, struct drm_printer *p)
 921 {
 922         const struct drm_mm_node *entry;
 923         u64 total_used = 0, total_free = 0, total = 0;
 924
 925         total_free += drm_mm_dump_hole(p, &mm->head_node);
 926
 927         drm_mm_for_each_node(entry, mm) {
 928                 drm_printf(p, "%#018llx-%#018llx: %llu: used\n", entry->start,
 929                            entry->start + entry->size, entry->size);
 930                 total_used += entry->size;
 931                 total_free += drm_mm_dump_hole(p, entry);
 932         }
 933         total = total_free + total_used;
 934
 935         drm_printf(p, "total: %llu, used %llu free %llu\n", total,
 936                    total_used, total_free);
 937 }
 938 EXPORT_SYMBOL(drm_mm_print);