Merge tag 'powerpc-4.16-4' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/powerpc...
[sfrench/cifs-2.6.git] / lib / idr.c
1 #include <linux/bitmap.h>
2 #include <linux/bug.h>
3 #include <linux/export.h>
4 #include <linux/idr.h>
5 #include <linux/slab.h>
6 #include <linux/spinlock.h>
7
8 DEFINE_PER_CPU(struct ida_bitmap *, ida_bitmap);
9 static DEFINE_SPINLOCK(simple_ida_lock);
10
11 /**
12  * idr_alloc_u32() - Allocate an ID.
13  * @idr: IDR handle.
14  * @ptr: Pointer to be associated with the new ID.
15  * @nextid: Pointer to an ID.
16  * @max: The maximum ID to allocate (inclusive).
17  * @gfp: Memory allocation flags.
18  *
19  * Allocates an unused ID in the range specified by @nextid and @max.
20  * Note that @max is inclusive whereas the @end parameter to idr_alloc()
21  * is exclusive.  The new ID is assigned to @nextid before the pointer
22  * is inserted into the IDR, so if @nextid points into the object pointed
23  * to by @ptr, a concurrent lookup will not find an uninitialised ID.
24  *
25  * The caller should provide their own locking to ensure that two
26  * concurrent modifications to the IDR are not possible.  Read-only
27  * accesses to the IDR may be done under the RCU read lock or may
28  * exclude simultaneous writers.
29  *
30  * Return: 0 if an ID was allocated, -ENOMEM if memory allocation failed,
31  * or -ENOSPC if no free IDs could be found.  If an error occurred,
32  * @nextid is unchanged.
33  */
34 int idr_alloc_u32(struct idr *idr, void *ptr, u32 *nextid,
35                         unsigned long max, gfp_t gfp)
36 {
37         struct radix_tree_iter iter;
38         void __rcu **slot;
39         int base = idr->idr_base;
40         int id = *nextid;
41
42         if (WARN_ON_ONCE(radix_tree_is_internal_node(ptr)))
43                 return -EINVAL;
44         if (WARN_ON_ONCE(!(idr->idr_rt.gfp_mask & ROOT_IS_IDR)))
45                 idr->idr_rt.gfp_mask |= IDR_RT_MARKER;
46
47         id = (id < base) ? 0 : id - base;
48         radix_tree_iter_init(&iter, id);
49         slot = idr_get_free(&idr->idr_rt, &iter, gfp, max - base);
50         if (IS_ERR(slot))
51                 return PTR_ERR(slot);
52
53         *nextid = iter.index + base;
54         /* there is a memory barrier inside radix_tree_iter_replace() */
55         radix_tree_iter_replace(&idr->idr_rt, &iter, slot, ptr);
56         radix_tree_iter_tag_clear(&idr->idr_rt, &iter, IDR_FREE);
57
58         return 0;
59 }
60 EXPORT_SYMBOL_GPL(idr_alloc_u32);
61
62 /**
63  * idr_alloc() - Allocate an ID.
64  * @idr: IDR handle.
65  * @ptr: Pointer to be associated with the new ID.
66  * @start: The minimum ID (inclusive).
67  * @end: The maximum ID (exclusive).
68  * @gfp: Memory allocation flags.
69  *
70  * Allocates an unused ID in the range specified by @start and @end.  If
71  * @end is <= 0, it is treated as one larger than %INT_MAX.  This allows
72  * callers to use @start + N as @end as long as N is within integer range.
73  *
74  * The caller should provide their own locking to ensure that two
75  * concurrent modifications to the IDR are not possible.  Read-only
76  * accesses to the IDR may be done under the RCU read lock or may
77  * exclude simultaneous writers.
78  *
79  * Return: The newly allocated ID, -ENOMEM if memory allocation failed,
80  * or -ENOSPC if no free IDs could be found.
81  */
82 int idr_alloc(struct idr *idr, void *ptr, int start, int end, gfp_t gfp)
83 {
84         u32 id = start;
85         int ret;
86
87         if (WARN_ON_ONCE(start < 0))
88                 return -EINVAL;
89
90         ret = idr_alloc_u32(idr, ptr, &id, end > 0 ? end - 1 : INT_MAX, gfp);
91         if (ret)
92                 return ret;
93
94         return id;
95 }
96 EXPORT_SYMBOL_GPL(idr_alloc);
97
98 /**
99  * idr_alloc_cyclic() - Allocate an ID cyclically.
100  * @idr: IDR handle.
101  * @ptr: Pointer to be associated with the new ID.
102  * @start: The minimum ID (inclusive).
103  * @end: The maximum ID (exclusive).
104  * @gfp: Memory allocation flags.
105  *
106  * Allocates an unused ID in the range specified by @nextid and @end.  If
107  * @end is <= 0, it is treated as one larger than %INT_MAX.  This allows
108  * callers to use @start + N as @end as long as N is within integer range.
109  * The search for an unused ID will start at the last ID allocated and will
110  * wrap around to @start if no free IDs are found before reaching @end.
111  *
112  * The caller should provide their own locking to ensure that two
113  * concurrent modifications to the IDR are not possible.  Read-only
114  * accesses to the IDR may be done under the RCU read lock or may
115  * exclude simultaneous writers.
116  *
117  * Return: The newly allocated ID, -ENOMEM if memory allocation failed,
118  * or -ENOSPC if no free IDs could be found.
119  */
120 int idr_alloc_cyclic(struct idr *idr, void *ptr, int start, int end, gfp_t gfp)
121 {
122         u32 id = idr->idr_next;
123         int err, max = end > 0 ? end - 1 : INT_MAX;
124
125         if ((int)id < start)
126                 id = start;
127
128         err = idr_alloc_u32(idr, ptr, &id, max, gfp);
129         if ((err == -ENOSPC) && (id > start)) {
130                 id = start;
131                 err = idr_alloc_u32(idr, ptr, &id, max, gfp);
132         }
133         if (err)
134                 return err;
135
136         idr->idr_next = id + 1;
137         return id;
138 }
139 EXPORT_SYMBOL(idr_alloc_cyclic);
140
141 /**
142  * idr_remove() - Remove an ID from the IDR.
143  * @idr: IDR handle.
144  * @id: Pointer ID.
145  *
146  * Removes this ID from the IDR.  If the ID was not previously in the IDR,
147  * this function returns %NULL.
148  *
149  * Since this function modifies the IDR, the caller should provide their
150  * own locking to ensure that concurrent modification of the same IDR is
151  * not possible.
152  *
153  * Return: The pointer formerly associated with this ID.
154  */
155 void *idr_remove(struct idr *idr, unsigned long id)
156 {
157         return radix_tree_delete_item(&idr->idr_rt, id - idr->idr_base, NULL);
158 }
159 EXPORT_SYMBOL_GPL(idr_remove);
160
161 /**
162  * idr_find() - Return pointer for given ID.
163  * @idr: IDR handle.
164  * @id: Pointer ID.
165  *
166  * Looks up the pointer associated with this ID.  A %NULL pointer may
167  * indicate that @id is not allocated or that the %NULL pointer was
168  * associated with this ID.
169  *
170  * This function can be called under rcu_read_lock(), given that the leaf
171  * pointers lifetimes are correctly managed.
172  *
173  * Return: The pointer associated with this ID.
174  */
175 void *idr_find(const struct idr *idr, unsigned long id)
176 {
177         return radix_tree_lookup(&idr->idr_rt, id - idr->idr_base);
178 }
179 EXPORT_SYMBOL_GPL(idr_find);
180
181 /**
182  * idr_for_each() - Iterate through all stored pointers.
183  * @idr: IDR handle.
184  * @fn: Function to be called for each pointer.
185  * @data: Data passed to callback function.
186  *
187  * The callback function will be called for each entry in @idr, passing
188  * the ID, the entry and @data.
189  *
190  * If @fn returns anything other than %0, the iteration stops and that
191  * value is returned from this function.
192  *
193  * idr_for_each() can be called concurrently with idr_alloc() and
194  * idr_remove() if protected by RCU.  Newly added entries may not be
195  * seen and deleted entries may be seen, but adding and removing entries
196  * will not cause other entries to be skipped, nor spurious ones to be seen.
197  */
198 int idr_for_each(const struct idr *idr,
199                 int (*fn)(int id, void *p, void *data), void *data)
200 {
201         struct radix_tree_iter iter;
202         void __rcu **slot;
203         int base = idr->idr_base;
204
205         radix_tree_for_each_slot(slot, &idr->idr_rt, &iter, 0) {
206                 int ret;
207
208                 if (WARN_ON_ONCE(iter.index > INT_MAX))
209                         break;
210                 ret = fn(iter.index + base, rcu_dereference_raw(*slot), data);
211                 if (ret)
212                         return ret;
213         }
214
215         return 0;
216 }
217 EXPORT_SYMBOL(idr_for_each);
218
219 /**
220  * idr_get_next() - Find next populated entry.
221  * @idr: IDR handle.
222  * @nextid: Pointer to an ID.
223  *
224  * Returns the next populated entry in the tree with an ID greater than
225  * or equal to the value pointed to by @nextid.  On exit, @nextid is updated
226  * to the ID of the found value.  To use in a loop, the value pointed to by
227  * nextid must be incremented by the user.
228  */
229 void *idr_get_next(struct idr *idr, int *nextid)
230 {
231         struct radix_tree_iter iter;
232         void __rcu **slot;
233         int base = idr->idr_base;
234         int id = *nextid;
235
236         id = (id < base) ? 0 : id - base;
237         slot = radix_tree_iter_find(&idr->idr_rt, &iter, id);
238         if (!slot)
239                 return NULL;
240         id = iter.index + base;
241
242         if (WARN_ON_ONCE(id > INT_MAX))
243                 return NULL;
244
245         *nextid = id;
246         return rcu_dereference_raw(*slot);
247 }
248 EXPORT_SYMBOL(idr_get_next);
249
250 /**
251  * idr_get_next_ul() - Find next populated entry.
252  * @idr: IDR handle.
253  * @nextid: Pointer to an ID.
254  *
255  * Returns the next populated entry in the tree with an ID greater than
256  * or equal to the value pointed to by @nextid.  On exit, @nextid is updated
257  * to the ID of the found value.  To use in a loop, the value pointed to by
258  * nextid must be incremented by the user.
259  */
260 void *idr_get_next_ul(struct idr *idr, unsigned long *nextid)
261 {
262         struct radix_tree_iter iter;
263         void __rcu **slot;
264         unsigned long base = idr->idr_base;
265         unsigned long id = *nextid;
266
267         id = (id < base) ? 0 : id - base;
268         slot = radix_tree_iter_find(&idr->idr_rt, &iter, id);
269         if (!slot)
270                 return NULL;
271
272         *nextid = iter.index + base;
273         return rcu_dereference_raw(*slot);
274 }
275 EXPORT_SYMBOL(idr_get_next_ul);
276
277 /**
278  * idr_replace() - replace pointer for given ID.
279  * @idr: IDR handle.
280  * @ptr: New pointer to associate with the ID.
281  * @id: ID to change.
282  *
283  * Replace the pointer registered with an ID and return the old value.
284  * This function can be called under the RCU read lock concurrently with
285  * idr_alloc() and idr_remove() (as long as the ID being removed is not
286  * the one being replaced!).
287  *
288  * Returns: the old value on success.  %-ENOENT indicates that @id was not
289  * found.  %-EINVAL indicates that @ptr was not valid.
290  */
291 void *idr_replace(struct idr *idr, void *ptr, unsigned long id)
292 {
293         struct radix_tree_node *node;
294         void __rcu **slot = NULL;
295         void *entry;
296
297         if (WARN_ON_ONCE(radix_tree_is_internal_node(ptr)))
298                 return ERR_PTR(-EINVAL);
299         id -= idr->idr_base;
300
301         entry = __radix_tree_lookup(&idr->idr_rt, id, &node, &slot);
302         if (!slot || radix_tree_tag_get(&idr->idr_rt, id, IDR_FREE))
303                 return ERR_PTR(-ENOENT);
304
305         __radix_tree_replace(&idr->idr_rt, node, slot, ptr, NULL);
306
307         return entry;
308 }
309 EXPORT_SYMBOL(idr_replace);
310
311 /**
312  * DOC: IDA description
313  *
314  * The IDA is an ID allocator which does not provide the ability to
315  * associate an ID with a pointer.  As such, it only needs to store one
316  * bit per ID, and so is more space efficient than an IDR.  To use an IDA,
317  * define it using DEFINE_IDA() (or embed a &struct ida in a data structure,
318  * then initialise it using ida_init()).  To allocate a new ID, call
319  * ida_simple_get().  To free an ID, call ida_simple_remove().
320  *
321  * If you have more complex locking requirements, use a loop around
322  * ida_pre_get() and ida_get_new() to allocate a new ID.  Then use
323  * ida_remove() to free an ID.  You must make sure that ida_get_new() and
324  * ida_remove() cannot be called at the same time as each other for the
325  * same IDA.
326  *
327  * You can also use ida_get_new_above() if you need an ID to be allocated
328  * above a particular number.  ida_destroy() can be used to dispose of an
329  * IDA without needing to free the individual IDs in it.  You can use
330  * ida_is_empty() to find out whether the IDA has any IDs currently allocated.
331  *
332  * IDs are currently limited to the range [0-INT_MAX].  If this is an awkward
333  * limitation, it should be quite straightforward to raise the maximum.
334  */
335
336 /*
337  * Developer's notes:
338  *
339  * The IDA uses the functionality provided by the IDR & radix tree to store
340  * bitmaps in each entry.  The IDR_FREE tag means there is at least one bit
341  * free, unlike the IDR where it means at least one entry is free.
342  *
343  * I considered telling the radix tree that each slot is an order-10 node
344  * and storing the bit numbers in the radix tree, but the radix tree can't
345  * allow a single multiorder entry at index 0, which would significantly
346  * increase memory consumption for the IDA.  So instead we divide the index
347  * by the number of bits in the leaf bitmap before doing a radix tree lookup.
348  *
349  * As an optimisation, if there are only a few low bits set in any given
350  * leaf, instead of allocating a 128-byte bitmap, we use the 'exceptional
351  * entry' functionality of the radix tree to store BITS_PER_LONG - 2 bits
352  * directly in the entry.  By being really tricksy, we could store
353  * BITS_PER_LONG - 1 bits, but there're diminishing returns after optimising
354  * for 0-3 allocated IDs.
355  *
356  * We allow the radix tree 'exceptional' count to get out of date.  Nothing
357  * in the IDA nor the radix tree code checks it.  If it becomes important
358  * to maintain an accurate exceptional count, switch the rcu_assign_pointer()
359  * calls to radix_tree_iter_replace() which will correct the exceptional
360  * count.
361  *
362  * The IDA always requires a lock to alloc/free.  If we add a 'test_bit'
363  * equivalent, it will still need locking.  Going to RCU lookup would require
364  * using RCU to free bitmaps, and that's not trivial without embedding an
365  * RCU head in the bitmap, which adds a 2-pointer overhead to each 128-byte
366  * bitmap, which is excessive.
367  */
368
369 #define IDA_MAX (0x80000000U / IDA_BITMAP_BITS - 1)
370
371 /**
372  * ida_get_new_above - allocate new ID above or equal to a start id
373  * @ida: ida handle
374  * @start: id to start search at
375  * @id: pointer to the allocated handle
376  *
377  * Allocate new ID above or equal to @start.  It should be called
378  * with any required locks to ensure that concurrent calls to
379  * ida_get_new_above() / ida_get_new() / ida_remove() are not allowed.
380  * Consider using ida_simple_get() if you do not have complex locking
381  * requirements.
382  *
383  * If memory is required, it will return %-EAGAIN, you should unlock
384  * and go back to the ida_pre_get() call.  If the ida is full, it will
385  * return %-ENOSPC.  On success, it will return 0.
386  *
387  * @id returns a value in the range @start ... %0x7fffffff.
388  */
389 int ida_get_new_above(struct ida *ida, int start, int *id)
390 {
391         struct radix_tree_root *root = &ida->ida_rt;
392         void __rcu **slot;
393         struct radix_tree_iter iter;
394         struct ida_bitmap *bitmap;
395         unsigned long index;
396         unsigned bit, ebit;
397         int new;
398
399         index = start / IDA_BITMAP_BITS;
400         bit = start % IDA_BITMAP_BITS;
401         ebit = bit + RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_SHIFT;
402
403         slot = radix_tree_iter_init(&iter, index);
404         for (;;) {
405                 if (slot)
406                         slot = radix_tree_next_slot(slot, &iter,
407                                                 RADIX_TREE_ITER_TAGGED);
408                 if (!slot) {
409                         slot = idr_get_free(root, &iter, GFP_NOWAIT, IDA_MAX);
410                         if (IS_ERR(slot)) {
411                                 if (slot == ERR_PTR(-ENOMEM))
412                                         return -EAGAIN;
413                                 return PTR_ERR(slot);
414                         }
415                 }
416                 if (iter.index > index) {
417                         bit = 0;
418                         ebit = RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_SHIFT;
419                 }
420                 new = iter.index * IDA_BITMAP_BITS;
421                 bitmap = rcu_dereference_raw(*slot);
422                 if (radix_tree_exception(bitmap)) {
423                         unsigned long tmp = (unsigned long)bitmap;
424                         ebit = find_next_zero_bit(&tmp, BITS_PER_LONG, ebit);
425                         if (ebit < BITS_PER_LONG) {
426                                 tmp |= 1UL << ebit;
427                                 rcu_assign_pointer(*slot, (void *)tmp);
428                                 *id = new + ebit - RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_SHIFT;
429                                 return 0;
430                         }
431                         bitmap = this_cpu_xchg(ida_bitmap, NULL);
432                         if (!bitmap)
433                                 return -EAGAIN;
434                         bitmap->bitmap[0] = tmp >> RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_SHIFT;
435                         rcu_assign_pointer(*slot, bitmap);
436                 }
437
438                 if (bitmap) {
439                         bit = find_next_zero_bit(bitmap->bitmap,
440                                                         IDA_BITMAP_BITS, bit);
441                         new += bit;
442                         if (new < 0)
443                                 return -ENOSPC;
444                         if (bit == IDA_BITMAP_BITS)
445                                 continue;
446
447                         __set_bit(bit, bitmap->bitmap);
448                         if (bitmap_full(bitmap->bitmap, IDA_BITMAP_BITS))
449                                 radix_tree_iter_tag_clear(root, &iter,
450                                                                 IDR_FREE);
451                 } else {
452                         new += bit;
453                         if (new < 0)
454                                 return -ENOSPC;
455                         if (ebit < BITS_PER_LONG) {
456                                 bitmap = (void *)((1UL << ebit) |
457                                                 RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_ENTRY);
458                                 radix_tree_iter_replace(root, &iter, slot,
459                                                 bitmap);
460                                 *id = new;
461                                 return 0;
462                         }
463                         bitmap = this_cpu_xchg(ida_bitmap, NULL);
464                         if (!bitmap)
465                                 return -EAGAIN;
466                         __set_bit(bit, bitmap->bitmap);
467                         radix_tree_iter_replace(root, &iter, slot, bitmap);
468                 }
469
470                 *id = new;
471                 return 0;
472         }
473 }
474 EXPORT_SYMBOL(ida_get_new_above);
475
476 /**
477  * ida_remove - Free the given ID
478  * @ida: ida handle
479  * @id: ID to free
480  *
481  * This function should not be called at the same time as ida_get_new_above().
482  */
483 void ida_remove(struct ida *ida, int id)
484 {
485         unsigned long index = id / IDA_BITMAP_BITS;
486         unsigned offset = id % IDA_BITMAP_BITS;
487         struct ida_bitmap *bitmap;
488         unsigned long *btmp;
489         struct radix_tree_iter iter;
490         void __rcu **slot;
491
492         slot = radix_tree_iter_lookup(&ida->ida_rt, &iter, index);
493         if (!slot)
494                 goto err;
495
496         bitmap = rcu_dereference_raw(*slot);
497         if (radix_tree_exception(bitmap)) {
498                 btmp = (unsigned long *)slot;
499                 offset += RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_SHIFT;
500                 if (offset >= BITS_PER_LONG)
501                         goto err;
502         } else {
503                 btmp = bitmap->bitmap;
504         }
505         if (!test_bit(offset, btmp))
506                 goto err;
507
508         __clear_bit(offset, btmp);
509         radix_tree_iter_tag_set(&ida->ida_rt, &iter, IDR_FREE);
510         if (radix_tree_exception(bitmap)) {
511                 if (rcu_dereference_raw(*slot) ==
512                                         (void *)RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_ENTRY)
513                         radix_tree_iter_delete(&ida->ida_rt, &iter, slot);
514         } else if (bitmap_empty(btmp, IDA_BITMAP_BITS)) {
515                 kfree(bitmap);
516                 radix_tree_iter_delete(&ida->ida_rt, &iter, slot);
517         }
518         return;
519  err:
520         WARN(1, "ida_remove called for id=%d which is not allocated.\n", id);
521 }
522 EXPORT_SYMBOL(ida_remove);
523
524 /**
525  * ida_destroy - Free the contents of an ida
526  * @ida: ida handle
527  *
528  * Calling this function releases all resources associated with an IDA.  When
529  * this call returns, the IDA is empty and can be reused or freed.  The caller
530  * should not allow ida_remove() or ida_get_new_above() to be called at the
531  * same time.
532  */
533 void ida_destroy(struct ida *ida)
534 {
535         struct radix_tree_iter iter;
536         void __rcu **slot;
537
538         radix_tree_for_each_slot(slot, &ida->ida_rt, &iter, 0) {
539                 struct ida_bitmap *bitmap = rcu_dereference_raw(*slot);
540                 if (!radix_tree_exception(bitmap))
541                         kfree(bitmap);
542                 radix_tree_iter_delete(&ida->ida_rt, &iter, slot);
543         }
544 }
545 EXPORT_SYMBOL(ida_destroy);
546
547 /**
548  * ida_simple_get - get a new id.
549  * @ida: the (initialized) ida.
550  * @start: the minimum id (inclusive, < 0x8000000)
551  * @end: the maximum id (exclusive, < 0x8000000 or 0)
552  * @gfp_mask: memory allocation flags
553  *
554  * Allocates an id in the range start <= id < end, or returns -ENOSPC.
555  * On memory allocation failure, returns -ENOMEM.
556  *
557  * Compared to ida_get_new_above() this function does its own locking, and
558  * should be used unless there are special requirements.
559  *
560  * Use ida_simple_remove() to get rid of an id.
561  */
562 int ida_simple_get(struct ida *ida, unsigned int start, unsigned int end,
563                    gfp_t gfp_mask)
564 {
565         int ret, id;
566         unsigned int max;
567         unsigned long flags;
568
569         BUG_ON((int)start < 0);
570         BUG_ON((int)end < 0);
571
572         if (end == 0)
573                 max = 0x80000000;
574         else {
575                 BUG_ON(end < start);
576                 max = end - 1;
577         }
578
579 again:
580         if (!ida_pre_get(ida, gfp_mask))
581                 return -ENOMEM;
582
583         spin_lock_irqsave(&simple_ida_lock, flags);
584         ret = ida_get_new_above(ida, start, &id);
585         if (!ret) {
586                 if (id > max) {
587                         ida_remove(ida, id);
588                         ret = -ENOSPC;
589                 } else {
590                         ret = id;
591                 }
592         }
593         spin_unlock_irqrestore(&simple_ida_lock, flags);
594
595         if (unlikely(ret == -EAGAIN))
596                 goto again;
597
598         return ret;
599 }
600 EXPORT_SYMBOL(ida_simple_get);
601
602 /**
603  * ida_simple_remove - remove an allocated id.
604  * @ida: the (initialized) ida.
605  * @id: the id returned by ida_simple_get.
606  *
607  * Use to release an id allocated with ida_simple_get().
608  *
609  * Compared to ida_remove() this function does its own locking, and should be
610  * used unless there are special requirements.
611  */
612 void ida_simple_remove(struct ida *ida, unsigned int id)
613 {
614         unsigned long flags;
615
616         BUG_ON((int)id < 0);
617         spin_lock_irqsave(&simple_ida_lock, flags);
618         ida_remove(ida, id);
619         spin_unlock_irqrestore(&simple_ida_lock, flags);
620 }
621 EXPORT_SYMBOL(ida_simple_remove);