ASoC: tlv320aic32x4: Only enable with common clock
[sfrench/cifs-2.6.git] / mm / slob.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  * SLOB Allocator: Simple List Of Blocks
4  *
5  * Matt Mackall <mpm@selenic.com> 12/30/03
6  *
7  * NUMA support by Paul Mundt, 2007.
8  *
9  * How SLOB works:
10  *
11  * The core of SLOB is a traditional K&R style heap allocator, with
12  * support for returning aligned objects. The granularity of this
13  * allocator is as little as 2 bytes, however typically most architectures
14  * will require 4 bytes on 32-bit and 8 bytes on 64-bit.
15  *
16  * The slob heap is a set of linked list of pages from alloc_pages(),
17  * and within each page, there is a singly-linked list of free blocks
18  * (slob_t). The heap is grown on demand. To reduce fragmentation,
19  * heap pages are segregated into three lists, with objects less than
20  * 256 bytes, objects less than 1024 bytes, and all other objects.
21  *
22  * Allocation from heap involves first searching for a page with
23  * sufficient free blocks (using a next-fit-like approach) followed by
24  * a first-fit scan of the page. Deallocation inserts objects back
25  * into the free list in address order, so this is effectively an
26  * address-ordered first fit.
27  *
28  * Above this is an implementation of kmalloc/kfree. Blocks returned
29  * from kmalloc are prepended with a 4-byte header with the kmalloc size.
30  * If kmalloc is asked for objects of PAGE_SIZE or larger, it calls
31  * alloc_pages() directly, allocating compound pages so the page order
32  * does not have to be separately tracked.
33  * These objects are detected in kfree() because PageSlab()
34  * is false for them.
35  *
36  * SLAB is emulated on top of SLOB by simply calling constructors and
37  * destructors for every SLAB allocation. Objects are returned with the
38  * 4-byte alignment unless the SLAB_HWCACHE_ALIGN flag is set, in which
39  * case the low-level allocator will fragment blocks to create the proper
40  * alignment. Again, objects of page-size or greater are allocated by
41  * calling alloc_pages(). As SLAB objects know their size, no separate
42  * size bookkeeping is necessary and there is essentially no allocation
43  * space overhead, and compound pages aren't needed for multi-page
44  * allocations.
45  *
46  * NUMA support in SLOB is fairly simplistic, pushing most of the real
47  * logic down to the page allocator, and simply doing the node accounting
48  * on the upper levels. In the event that a node id is explicitly
49  * provided, __alloc_pages_node() with the specified node id is used
50  * instead. The common case (or when the node id isn't explicitly provided)
51  * will default to the current node, as per numa_node_id().
52  *
53  * Node aware pages are still inserted in to the global freelist, and
54  * these are scanned for by matching against the node id encoded in the
55  * page flags. As a result, block allocations that can be satisfied from
56  * the freelist will only be done so on pages residing on the same node,
57  * in order to prevent random node placement.
58  */
59
60 #include <linux/kernel.h>
61 #include <linux/slab.h>
62
63 #include <linux/mm.h>
64 #include <linux/swap.h> /* struct reclaim_state */
65 #include <linux/cache.h>
66 #include <linux/init.h>
67 #include <linux/export.h>
68 #include <linux/rcupdate.h>
69 #include <linux/list.h>
70 #include <linux/kmemleak.h>
71
72 #include <trace/events/kmem.h>
73
74 #include <linux/atomic.h>
75
76 #include "slab.h"
77 /*
78  * slob_block has a field 'units', which indicates size of block if +ve,
79  * or offset of next block if -ve (in SLOB_UNITs).
80  *
81  * Free blocks of size 1 unit simply contain the offset of the next block.
82  * Those with larger size contain their size in the first SLOB_UNIT of
83  * memory, and the offset of the next free block in the second SLOB_UNIT.
84  */
85 #if PAGE_SIZE <= (32767 * 2)
86 typedef s16 slobidx_t;
87 #else
88 typedef s32 slobidx_t;
89 #endif
90
91 struct slob_block {
92         slobidx_t units;
93 };
94 typedef struct slob_block slob_t;
95
96 /*
97  * All partially free slob pages go on these lists.
98  */
99 #define SLOB_BREAK1 256
100 #define SLOB_BREAK2 1024
101 static LIST_HEAD(free_slob_small);
102 static LIST_HEAD(free_slob_medium);
103 static LIST_HEAD(free_slob_large);
104
105 /*
106  * slob_page_free: true for pages on free_slob_pages list.
107  */
108 static inline int slob_page_free(struct page *sp)
109 {
110         return PageSlobFree(sp);
111 }
112
113 static void set_slob_page_free(struct page *sp, struct list_head *list)
114 {
115         list_add(&sp->lru, list);
116         __SetPageSlobFree(sp);
117 }
118
119 static inline void clear_slob_page_free(struct page *sp)
120 {
121         list_del(&sp->lru);
122         __ClearPageSlobFree(sp);
123 }
124
125 #define SLOB_UNIT sizeof(slob_t)
126 #define SLOB_UNITS(size) DIV_ROUND_UP(size, SLOB_UNIT)
127
128 /*
129  * struct slob_rcu is inserted at the tail of allocated slob blocks, which
130  * were created with a SLAB_TYPESAFE_BY_RCU slab. slob_rcu is used to free
131  * the block using call_rcu.
132  */
133 struct slob_rcu {
134         struct rcu_head head;
135         int size;
136 };
137
138 /*
139  * slob_lock protects all slob allocator structures.
140  */
141 static DEFINE_SPINLOCK(slob_lock);
142
143 /*
144  * Encode the given size and next info into a free slob block s.
145  */
146 static void set_slob(slob_t *s, slobidx_t size, slob_t *next)
147 {
148         slob_t *base = (slob_t *)((unsigned long)s & PAGE_MASK);
149         slobidx_t offset = next - base;
150
151         if (size > 1) {
152                 s[0].units = size;
153                 s[1].units = offset;
154         } else
155                 s[0].units = -offset;
156 }
157
158 /*
159  * Return the size of a slob block.
160  */
161 static slobidx_t slob_units(slob_t *s)
162 {
163         if (s->units > 0)
164                 return s->units;
165         return 1;
166 }
167
168 /*
169  * Return the next free slob block pointer after this one.
170  */
171 static slob_t *slob_next(slob_t *s)
172 {
173         slob_t *base = (slob_t *)((unsigned long)s & PAGE_MASK);
174         slobidx_t next;
175
176         if (s[0].units < 0)
177                 next = -s[0].units;
178         else
179                 next = s[1].units;
180         return base+next;
181 }
182
183 /*
184  * Returns true if s is the last free block in its page.
185  */
186 static int slob_last(slob_t *s)
187 {
188         return !((unsigned long)slob_next(s) & ~PAGE_MASK);
189 }
190
191 static void *slob_new_pages(gfp_t gfp, int order, int node)
192 {
193         void *page;
194
195 #ifdef CONFIG_NUMA
196         if (node != NUMA_NO_NODE)
197                 page = __alloc_pages_node(node, gfp, order);
198         else
199 #endif
200                 page = alloc_pages(gfp, order);
201
202         if (!page)
203                 return NULL;
204
205         return page_address(page);
206 }
207
208 static void slob_free_pages(void *b, int order)
209 {
210         if (current->reclaim_state)
211                 current->reclaim_state->reclaimed_slab += 1 << order;
212         free_pages((unsigned long)b, order);
213 }
214
215 /*
216  * Allocate a slob block within a given slob_page sp.
217  */
218 static void *slob_page_alloc(struct page *sp, size_t size, int align)
219 {
220         slob_t *prev, *cur, *aligned = NULL;
221         int delta = 0, units = SLOB_UNITS(size);
222
223         for (prev = NULL, cur = sp->freelist; ; prev = cur, cur = slob_next(cur)) {
224                 slobidx_t avail = slob_units(cur);
225
226                 if (align) {
227                         aligned = (slob_t *)ALIGN((unsigned long)cur, align);
228                         delta = aligned - cur;
229                 }
230                 if (avail >= units + delta) { /* room enough? */
231                         slob_t *next;
232
233                         if (delta) { /* need to fragment head to align? */
234                                 next = slob_next(cur);
235                                 set_slob(aligned, avail - delta, next);
236                                 set_slob(cur, delta, aligned);
237                                 prev = cur;
238                                 cur = aligned;
239                                 avail = slob_units(cur);
240                         }
241
242                         next = slob_next(cur);
243                         if (avail == units) { /* exact fit? unlink. */
244                                 if (prev)
245                                         set_slob(prev, slob_units(prev), next);
246                                 else
247                                         sp->freelist = next;
248                         } else { /* fragment */
249                                 if (prev)
250                                         set_slob(prev, slob_units(prev), cur + units);
251                                 else
252                                         sp->freelist = cur + units;
253                                 set_slob(cur + units, avail - units, next);
254                         }
255
256                         sp->units -= units;
257                         if (!sp->units)
258                                 clear_slob_page_free(sp);
259                         return cur;
260                 }
261                 if (slob_last(cur))
262                         return NULL;
263         }
264 }
265
266 /*
267  * slob_alloc: entry point into the slob allocator.
268  */
269 static void *slob_alloc(size_t size, gfp_t gfp, int align, int node)
270 {
271         struct page *sp;
272         struct list_head *prev;
273         struct list_head *slob_list;
274         slob_t *b = NULL;
275         unsigned long flags;
276
277         if (size < SLOB_BREAK1)
278                 slob_list = &free_slob_small;
279         else if (size < SLOB_BREAK2)
280                 slob_list = &free_slob_medium;
281         else
282                 slob_list = &free_slob_large;
283
284         spin_lock_irqsave(&slob_lock, flags);
285         /* Iterate through each partially free page, try to find room */
286         list_for_each_entry(sp, slob_list, lru) {
287 #ifdef CONFIG_NUMA
288                 /*
289                  * If there's a node specification, search for a partial
290                  * page with a matching node id in the freelist.
291                  */
292                 if (node != NUMA_NO_NODE && page_to_nid(sp) != node)
293                         continue;
294 #endif
295                 /* Enough room on this page? */
296                 if (sp->units < SLOB_UNITS(size))
297                         continue;
298
299                 /* Attempt to alloc */
300                 prev = sp->lru.prev;
301                 b = slob_page_alloc(sp, size, align);
302                 if (!b)
303                         continue;
304
305                 /* Improve fragment distribution and reduce our average
306                  * search time by starting our next search here. (see
307                  * Knuth vol 1, sec 2.5, pg 449) */
308                 if (prev != slob_list->prev &&
309                                 slob_list->next != prev->next)
310                         list_move_tail(slob_list, prev->next);
311                 break;
312         }
313         spin_unlock_irqrestore(&slob_lock, flags);
314
315         /* Not enough space: must allocate a new page */
316         if (!b) {
317                 b = slob_new_pages(gfp & ~__GFP_ZERO, 0, node);
318                 if (!b)
319                         return NULL;
320                 sp = virt_to_page(b);
321                 __SetPageSlab(sp);
322
323                 spin_lock_irqsave(&slob_lock, flags);
324                 sp->units = SLOB_UNITS(PAGE_SIZE);
325                 sp->freelist = b;
326                 INIT_LIST_HEAD(&sp->lru);
327                 set_slob(b, SLOB_UNITS(PAGE_SIZE), b + SLOB_UNITS(PAGE_SIZE));
328                 set_slob_page_free(sp, slob_list);
329                 b = slob_page_alloc(sp, size, align);
330                 BUG_ON(!b);
331                 spin_unlock_irqrestore(&slob_lock, flags);
332         }
333         if (unlikely(gfp & __GFP_ZERO))
334                 memset(b, 0, size);
335         return b;
336 }
337
338 /*
339  * slob_free: entry point into the slob allocator.
340  */
341 static void slob_free(void *block, int size)
342 {
343         struct page *sp;
344         slob_t *prev, *next, *b = (slob_t *)block;
345         slobidx_t units;
346         unsigned long flags;
347         struct list_head *slob_list;
348
349         if (unlikely(ZERO_OR_NULL_PTR(block)))
350                 return;
351         BUG_ON(!size);
352
353         sp = virt_to_page(block);
354         units = SLOB_UNITS(size);
355
356         spin_lock_irqsave(&slob_lock, flags);
357
358         if (sp->units + units == SLOB_UNITS(PAGE_SIZE)) {
359                 /* Go directly to page allocator. Do not pass slob allocator */
360                 if (slob_page_free(sp))
361                         clear_slob_page_free(sp);
362                 spin_unlock_irqrestore(&slob_lock, flags);
363                 __ClearPageSlab(sp);
364                 page_mapcount_reset(sp);
365                 slob_free_pages(b, 0);
366                 return;
367         }
368
369         if (!slob_page_free(sp)) {
370                 /* This slob page is about to become partially free. Easy! */
371                 sp->units = units;
372                 sp->freelist = b;
373                 set_slob(b, units,
374                         (void *)((unsigned long)(b +
375                                         SLOB_UNITS(PAGE_SIZE)) & PAGE_MASK));
376                 if (size < SLOB_BREAK1)
377                         slob_list = &free_slob_small;
378                 else if (size < SLOB_BREAK2)
379                         slob_list = &free_slob_medium;
380                 else
381                         slob_list = &free_slob_large;
382                 set_slob_page_free(sp, slob_list);
383                 goto out;
384         }
385
386         /*
387          * Otherwise the page is already partially free, so find reinsertion
388          * point.
389          */
390         sp->units += units;
391
392         if (b < (slob_t *)sp->freelist) {
393                 if (b + units == sp->freelist) {
394                         units += slob_units(sp->freelist);
395                         sp->freelist = slob_next(sp->freelist);
396                 }
397                 set_slob(b, units, sp->freelist);
398                 sp->freelist = b;
399         } else {
400                 prev = sp->freelist;
401                 next = slob_next(prev);
402                 while (b > next) {
403                         prev = next;
404                         next = slob_next(prev);
405                 }
406
407                 if (!slob_last(prev) && b + units == next) {
408                         units += slob_units(next);
409                         set_slob(b, units, slob_next(next));
410                 } else
411                         set_slob(b, units, next);
412
413                 if (prev + slob_units(prev) == b) {
414                         units = slob_units(b) + slob_units(prev);
415                         set_slob(prev, units, slob_next(b));
416                 } else
417                         set_slob(prev, slob_units(prev), b);
418         }
419 out:
420         spin_unlock_irqrestore(&slob_lock, flags);
421 }
422
423 /*
424  * End of slob allocator proper. Begin kmem_cache_alloc and kmalloc frontend.
425  */
426
427 static __always_inline void *
428 __do_kmalloc_node(size_t size, gfp_t gfp, int node, unsigned long caller)
429 {
430         unsigned int *m;
431         int align = max_t(size_t, ARCH_KMALLOC_MINALIGN, ARCH_SLAB_MINALIGN);
432         void *ret;
433
434         gfp &= gfp_allowed_mask;
435
436         fs_reclaim_acquire(gfp);
437         fs_reclaim_release(gfp);
438
439         if (size < PAGE_SIZE - align) {
440                 if (!size)
441                         return ZERO_SIZE_PTR;
442
443                 m = slob_alloc(size + align, gfp, align, node);
444
445                 if (!m)
446                         return NULL;
447                 *m = size;
448                 ret = (void *)m + align;
449
450                 trace_kmalloc_node(caller, ret,
451                                    size, size + align, gfp, node);
452         } else {
453                 unsigned int order = get_order(size);
454
455                 if (likely(order))
456                         gfp |= __GFP_COMP;
457                 ret = slob_new_pages(gfp, order, node);
458
459                 trace_kmalloc_node(caller, ret,
460                                    size, PAGE_SIZE << order, gfp, node);
461         }
462
463         kmemleak_alloc(ret, size, 1, gfp);
464         return ret;
465 }
466
467 void *__kmalloc(size_t size, gfp_t gfp)
468 {
469         return __do_kmalloc_node(size, gfp, NUMA_NO_NODE, _RET_IP_);
470 }
471 EXPORT_SYMBOL(__kmalloc);
472
473 void *__kmalloc_track_caller(size_t size, gfp_t gfp, unsigned long caller)
474 {
475         return __do_kmalloc_node(size, gfp, NUMA_NO_NODE, caller);
476 }
477
478 #ifdef CONFIG_NUMA
479 void *__kmalloc_node_track_caller(size_t size, gfp_t gfp,
480                                         int node, unsigned long caller)
481 {
482         return __do_kmalloc_node(size, gfp, node, caller);
483 }
484 #endif
485
486 void kfree(const void *block)
487 {
488         struct page *sp;
489
490         trace_kfree(_RET_IP_, block);
491
492         if (unlikely(ZERO_OR_NULL_PTR(block)))
493                 return;
494         kmemleak_free(block);
495
496         sp = virt_to_page(block);
497         if (PageSlab(sp)) {
498                 int align = max_t(size_t, ARCH_KMALLOC_MINALIGN, ARCH_SLAB_MINALIGN);
499                 unsigned int *m = (unsigned int *)(block - align);
500                 slob_free(m, *m + align);
501         } else
502                 __free_pages(sp, compound_order(sp));
503 }
504 EXPORT_SYMBOL(kfree);
505
506 /* can't use ksize for kmem_cache_alloc memory, only kmalloc */
507 size_t ksize(const void *block)
508 {
509         struct page *sp;
510         int align;
511         unsigned int *m;
512
513         BUG_ON(!block);
514         if (unlikely(block == ZERO_SIZE_PTR))
515                 return 0;
516
517         sp = virt_to_page(block);
518         if (unlikely(!PageSlab(sp)))
519                 return PAGE_SIZE << compound_order(sp);
520
521         align = max_t(size_t, ARCH_KMALLOC_MINALIGN, ARCH_SLAB_MINALIGN);
522         m = (unsigned int *)(block - align);
523         return SLOB_UNITS(*m) * SLOB_UNIT;
524 }
525 EXPORT_SYMBOL(ksize);
526
527 int __kmem_cache_create(struct kmem_cache *c, slab_flags_t flags)
528 {
529         if (flags & SLAB_TYPESAFE_BY_RCU) {
530                 /* leave room for rcu footer at the end of object */
531                 c->size += sizeof(struct slob_rcu);
532         }
533         c->flags = flags;
534         return 0;
535 }
536
537 static void *slob_alloc_node(struct kmem_cache *c, gfp_t flags, int node)
538 {
539         void *b;
540
541         flags &= gfp_allowed_mask;
542
543         fs_reclaim_acquire(flags);
544         fs_reclaim_release(flags);
545
546         if (c->size < PAGE_SIZE) {
547                 b = slob_alloc(c->size, flags, c->align, node);
548                 trace_kmem_cache_alloc_node(_RET_IP_, b, c->object_size,
549                                             SLOB_UNITS(c->size) * SLOB_UNIT,
550                                             flags, node);
551         } else {
552                 b = slob_new_pages(flags, get_order(c->size), node);
553                 trace_kmem_cache_alloc_node(_RET_IP_, b, c->object_size,
554                                             PAGE_SIZE << get_order(c->size),
555                                             flags, node);
556         }
557
558         if (b && c->ctor) {
559                 WARN_ON_ONCE(flags & __GFP_ZERO);
560                 c->ctor(b);
561         }
562
563         kmemleak_alloc_recursive(b, c->size, 1, c->flags, flags);
564         return b;
565 }
566
567 void *kmem_cache_alloc(struct kmem_cache *cachep, gfp_t flags)
568 {
569         return slob_alloc_node(cachep, flags, NUMA_NO_NODE);
570 }
571 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_alloc);
572
573 #ifdef CONFIG_NUMA
574 void *__kmalloc_node(size_t size, gfp_t gfp, int node)
575 {
576         return __do_kmalloc_node(size, gfp, node, _RET_IP_);
577 }
578 EXPORT_SYMBOL(__kmalloc_node);
579
580 void *kmem_cache_alloc_node(struct kmem_cache *cachep, gfp_t gfp, int node)
581 {
582         return slob_alloc_node(cachep, gfp, node);
583 }
584 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_alloc_node);
585 #endif
586
587 static void __kmem_cache_free(void *b, int size)
588 {
589         if (size < PAGE_SIZE)
590                 slob_free(b, size);
591         else
592                 slob_free_pages(b, get_order(size));
593 }
594
595 static void kmem_rcu_free(struct rcu_head *head)
596 {
597         struct slob_rcu *slob_rcu = (struct slob_rcu *)head;
598         void *b = (void *)slob_rcu - (slob_rcu->size - sizeof(struct slob_rcu));
599
600         __kmem_cache_free(b, slob_rcu->size);
601 }
602
603 void kmem_cache_free(struct kmem_cache *c, void *b)
604 {
605         kmemleak_free_recursive(b, c->flags);
606         if (unlikely(c->flags & SLAB_TYPESAFE_BY_RCU)) {
607                 struct slob_rcu *slob_rcu;
608                 slob_rcu = b + (c->size - sizeof(struct slob_rcu));
609                 slob_rcu->size = c->size;
610                 call_rcu(&slob_rcu->head, kmem_rcu_free);
611         } else {
612                 __kmem_cache_free(b, c->size);
613         }
614
615         trace_kmem_cache_free(_RET_IP_, b);
616 }
617 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_free);
618
619 void kmem_cache_free_bulk(struct kmem_cache *s, size_t size, void **p)
620 {
621         __kmem_cache_free_bulk(s, size, p);
622 }
623 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_free_bulk);
624
625 int kmem_cache_alloc_bulk(struct kmem_cache *s, gfp_t flags, size_t size,
626                                                                 void **p)
627 {
628         return __kmem_cache_alloc_bulk(s, flags, size, p);
629 }
630 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_alloc_bulk);
631
632 int __kmem_cache_shutdown(struct kmem_cache *c)
633 {
634         /* No way to check for remaining objects */
635         return 0;
636 }
637
638 void __kmem_cache_release(struct kmem_cache *c)
639 {
640 }
641
642 int __kmem_cache_shrink(struct kmem_cache *d)
643 {
644         return 0;
645 }
646
647 struct kmem_cache kmem_cache_boot = {
648         .name = "kmem_cache",
649         .size = sizeof(struct kmem_cache),
650         .flags = SLAB_PANIC,
651         .align = ARCH_KMALLOC_MINALIGN,
652 };
653
654 void __init kmem_cache_init(void)
655 {
656         kmem_cache = &kmem_cache_boot;
657         slab_state = UP;
658 }
659
660 void __init kmem_cache_init_late(void)
661 {
662         slab_state = FULL;
663 }