kernel/trace/tracing_map.h

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 #ifndef __TRACING_MAP_H
   3 #define __TRACING_MAP_H
   4
   5 #define TRACING_MAP_BITS_DEFAULT        11
   6 #define TRACING_MAP_BITS_MAX            17
   7 #define TRACING_MAP_BITS_MIN            7
   8
   9 #define TRACING_MAP_KEYS_MAX            3
  10 #define TRACING_MAP_VALS_MAX            3
  11 #define TRACING_MAP_FIELDS_MAX          (TRACING_MAP_KEYS_MAX + \
  12                                          TRACING_MAP_VALS_MAX)
  13 #define TRACING_MAP_VARS_MAX            16
  14 #define TRACING_MAP_SORT_KEYS_MAX       2
  15
  16 typedef int (*tracing_map_cmp_fn_t) (void *val_a, void *val_b);
  17
  18 /*
  19  * This is an overview of the tracing_map data structures and how they
  20  * relate to the tracing_map API.  The details of the algorithms
  21  * aren't discussed here - this is just a general overview of the data
  22  * structures and how they interact with the API.
  23  *
  24  * The central data structure of the tracing_map is an initially
  25  * zeroed array of struct tracing_map_entry (stored in the map field
  26  * of struct tracing_map).  tracing_map_entry is a very simple data
  27  * structure containing only two fields: a 32-bit unsigned 'key'
  28  * variable and a pointer named 'val'.  This array of struct
  29  * tracing_map_entry is essentially a hash table which will be
  30  * modified by a single function, tracing_map_insert(), but which can
  31  * be traversed and read by a user at any time (though the user does
  32  * this indirectly via an array of tracing_map_sort_entry - see the
  33  * explanation of that data structure in the discussion of the
  34  * sorting-related data structures below).
  35  *
  36  * The central function of the tracing_map API is
  37  * tracing_map_insert().  tracing_map_insert() hashes the
  38  * arbitrarily-sized key passed into it into a 32-bit unsigned key.
  39  * It then uses this key, truncated to the array size, as an index
  40  * into the array of tracing_map_entries.  If the value of the 'key'
  41  * field of the tracing_map_entry found at that location is 0, then
  42  * that entry is considered to be free and can be claimed, by
  43  * replacing the 0 in the 'key' field of the tracing_map_entry with
  44  * the new 32-bit hashed key.  Once claimed, that tracing_map_entry's
  45  * 'val' field is then used to store a unique element which will be
  46  * forever associated with that 32-bit hashed key in the
  47  * tracing_map_entry.
  48  *
  49  * That unique element now in the tracing_map_entry's 'val' field is
  50  * an instance of tracing_map_elt, where 'elt' in the latter part of
  51  * that variable name is short for 'element'.  The purpose of a
  52  * tracing_map_elt is to hold values specific to the particular
  53  * 32-bit hashed key it's associated with.  Things such as the unique
  54  * set of aggregated sums associated with the 32-bit hashed key, along
  55  * with a copy of the full key associated with the entry, and which
  56  * was used to produce the 32-bit hashed key.
  57  *
  58  * When tracing_map_create() is called to create the tracing map, the
  59  * user specifies (indirectly via the map_bits param, the details are
  60  * unimportant for this discussion) the maximum number of elements
  61  * that the map can hold (stored in the max_elts field of struct
  62  * tracing_map).  This is the maximum possible number of
  63  * tracing_map_entries in the tracing_map_entry array which can be
  64  * 'claimed' as described in the above discussion, and therefore is
  65  * also the maximum number of tracing_map_elts that can be associated
  66  * with the tracing_map_entry array in the tracing_map.  Because of
  67  * the way the insertion algorithm works, the size of the allocated
  68  * tracing_map_entry array is always twice the maximum number of
  69  * elements (2 * max_elts).  This value is stored in the map_size
  70  * field of struct tracing_map.
  71  *
  72  * Because tracing_map_insert() needs to work from any context,
  73  * including from within the memory allocation functions themselves,
  74  * both the tracing_map_entry array and a pool of max_elts
  75  * tracing_map_elts are pre-allocated before any call is made to
  76  * tracing_map_insert().
  77  *
  78  * The tracing_map_entry array is allocated as a single block by
  79  * tracing_map_create().
  80  *
  81  * Because the tracing_map_elts are much larger objects and can't
  82  * generally be allocated together as a single large array without
  83  * failure, they're allocated individually, by tracing_map_init().
  84  *
  85  * The pool of tracing_map_elts are allocated by tracing_map_init()
  86  * rather than by tracing_map_create() because at the time
  87  * tracing_map_create() is called, there isn't enough information to
  88  * create the tracing_map_elts.  Specifically,the user first needs to
  89  * tell the tracing_map implementation how many fields the
  90  * tracing_map_elts contain, and which types of fields they are (key
  91  * or sum).  The user does this via the tracing_map_add_sum_field()
  92  * and tracing_map_add_key_field() functions, following which the user
  93  * calls tracing_map_init() to finish up the tracing map setup.  The
  94  * array holding the pointers which make up the pre-allocated pool of
  95  * tracing_map_elts is allocated as a single block and is stored in
  96  * the elts field of struct tracing_map.
  97  *
  98  * There is also a set of structures used for sorting that might
  99  * benefit from some minimal explanation.
 100  *
 101  * struct tracing_map_sort_key is used to drive the sort at any given
 102  * time.  By 'any given time' we mean that a different
 103  * tracing_map_sort_key will be used at different times depending on
 104  * whether the sort currently being performed is a primary or a
 105  * secondary sort.
 106  *
 107  * The sort key is very simple, consisting of the field index of the
 108  * tracing_map_elt field to sort on (which the user saved when adding
 109  * the field), and whether the sort should be done in an ascending or
 110  * descending order.
 111  *
 112  * For the convenience of the sorting code, a tracing_map_sort_entry
 113  * is created for each tracing_map_elt, again individually allocated
 114  * to avoid failures that might be expected if allocated as a single
 115  * large array of struct tracing_map_sort_entry.
 116  * tracing_map_sort_entry instances are the objects expected by the
 117  * various internal sorting functions, and are also what the user
 118  * ultimately receives after calling tracing_map_sort_entries().
 119  * Because it doesn't make sense for users to access an unordered and
 120  * sparsely populated tracing_map directly, the
 121  * tracing_map_sort_entries() function is provided so that users can
 122  * retrieve a sorted list of all existing elements.  In addition to
 123  * the associated tracing_map_elt 'elt' field contained within the
 124  * tracing_map_sort_entry, which is the object of interest to the
 125  * user, tracing_map_sort_entry objects contain a number of additional
 126  * fields which are used for caching and internal purposes and can
 127  * safely be ignored.
 128 */
 129
 130 struct tracing_map_field {
 131         tracing_map_cmp_fn_t            cmp_fn;
 132         union {
 133                 atomic64_t                      sum;
 134                 unsigned int                    offset;
 135         };
 136 };
 137
 138 struct tracing_map_elt {
 139         struct tracing_map              *map;
 140         struct tracing_map_field        *fields;
 141         atomic64_t                      *vars;
 142         bool                            *var_set;
 143         void                            *key;
 144         void                            *private_data;
 145 };
 146
 147 struct tracing_map_entry {
 148         u32                             key;
 149         struct tracing_map_elt          *val;
 150 };
 151
 152 struct tracing_map_sort_key {
 153         unsigned int                    field_idx;
 154         bool                            descending;
 155 };
 156
 157 struct tracing_map_sort_entry {
 158         void                            *key;
 159         struct tracing_map_elt          *elt;
 160         bool                            elt_copied;
 161         bool                            dup;
 162 };
 163
 164 struct tracing_map_array {
 165         unsigned int entries_per_page;
 166         unsigned int entry_size_shift;
 167         unsigned int entry_shift;
 168         unsigned int entry_mask;
 169         unsigned int n_pages;
 170         void **pages;
 171 };
 172
 173 #define TRACING_MAP_ARRAY_ELT(array, idx)                               \
 174         (array->pages[idx >> array->entry_shift] +                      \
 175          ((idx & array->entry_mask) << array->entry_size_shift))
 176
 177 #define TRACING_MAP_ENTRY(array, idx)                                   \
 178         ((struct tracing_map_entry *)TRACING_MAP_ARRAY_ELT(array, idx))
 179
 180 #define TRACING_MAP_ELT(array, idx)                                     \
 181         ((struct tracing_map_elt **)TRACING_MAP_ARRAY_ELT(array, idx))
 182
 183 struct tracing_map {
 184         unsigned int                    key_size;
 185         unsigned int                    map_bits;
 186         unsigned int                    map_size;
 187         unsigned int                    max_elts;
 188         atomic_t                        next_elt;
 189         struct tracing_map_array        *elts;
 190         struct tracing_map_array        *map;
 191         const struct tracing_map_ops    *ops;
 192         void                            *private_data;
 193         struct tracing_map_field        fields[TRACING_MAP_FIELDS_MAX];
 194         unsigned int                    n_fields;
 195         int                             key_idx[TRACING_MAP_KEYS_MAX];
 196         unsigned int                    n_keys;
 197         struct tracing_map_sort_key     sort_key;
 198         unsigned int                    n_vars;
 199         atomic64_t                      hits;
 200         atomic64_t                      drops;
 201 };
 202
 203 /**
 204  * struct tracing_map_ops - callbacks for tracing_map
 205  *
 206  * The methods in this structure define callback functions for various
 207  * operations on a tracing_map or objects related to a tracing_map.
 208  *
 209  * For a detailed description of tracing_map_elt objects please see
 210  * the overview of tracing_map data structures at the beginning of
 211  * this file.
 212  *
 213  * All the methods below are optional.
 214  *
 215  * @elt_alloc: When a tracing_map_elt is allocated, this function, if
 216  *      defined, will be called and gives clients the opportunity to
 217  *      allocate additional data and attach it to the element
 218  *      (tracing_map_elt->private_data is meant for that purpose).
 219  *      Element allocation occurs before tracing begins, when the
 220  *      tracing_map_init() call is made by client code.
 221  *
 222  * @elt_free: When a tracing_map_elt is freed, this function is called
 223  *      and allows client-allocated per-element data to be freed.
 224  *
 225  * @elt_clear: This callback allows per-element client-defined data to
 226  *      be cleared, if applicable.
 227  *
 228  * @elt_init: This callback allows per-element client-defined data to
 229  *      be initialized when used i.e. when the element is actually
 230  *      claimed by tracing_map_insert() in the context of the map
 231  *      insertion.
 232  */
 233 struct tracing_map_ops {
 234         int                     (*elt_alloc)(struct tracing_map_elt *elt);
 235         void                    (*elt_free)(struct tracing_map_elt *elt);
 236         void                    (*elt_clear)(struct tracing_map_elt *elt);
 237         void                    (*elt_init)(struct tracing_map_elt *elt);
 238 };
 239
 240 extern struct tracing_map *
 241 tracing_map_create(unsigned int map_bits,
 242                    unsigned int key_size,
 243                    const struct tracing_map_ops *ops,
 244                    void *private_data);
 245 extern int tracing_map_init(struct tracing_map *map);
 246
 247 extern int tracing_map_add_sum_field(struct tracing_map *map);
 248 extern int tracing_map_add_var(struct tracing_map *map);
 249 extern int tracing_map_add_key_field(struct tracing_map *map,
 250                                      unsigned int offset,
 251                                      tracing_map_cmp_fn_t cmp_fn);
 252
 253 extern void tracing_map_destroy(struct tracing_map *map);
 254 extern void tracing_map_clear(struct tracing_map *map);
 255
 256 extern struct tracing_map_elt *
 257 tracing_map_insert(struct tracing_map *map, void *key);
 258 extern struct tracing_map_elt *
 259 tracing_map_lookup(struct tracing_map *map, void *key);
 260
 261 extern tracing_map_cmp_fn_t tracing_map_cmp_num(int field_size,
 262                                                 int field_is_signed);
 263 extern int tracing_map_cmp_string(void *val_a, void *val_b);
 264 extern int tracing_map_cmp_none(void *val_a, void *val_b);
 265
 266 extern void tracing_map_update_sum(struct tracing_map_elt *elt,
 267                                    unsigned int i, u64 n);
 268 extern void tracing_map_set_var(struct tracing_map_elt *elt,
 269                                 unsigned int i, u64 n);
 270 extern bool tracing_map_var_set(struct tracing_map_elt *elt, unsigned int i);
 271 extern u64 tracing_map_read_sum(struct tracing_map_elt *elt, unsigned int i);
 272 extern u64 tracing_map_read_var(struct tracing_map_elt *elt, unsigned int i);
 273 extern u64 tracing_map_read_var_once(struct tracing_map_elt *elt, unsigned int i);
 274
 275 extern void tracing_map_set_field_descr(struct tracing_map *map,
 276                                         unsigned int i,
 277                                         unsigned int key_offset,
 278                                         tracing_map_cmp_fn_t cmp_fn);
 279 extern int
 280 tracing_map_sort_entries(struct tracing_map *map,
 281                          struct tracing_map_sort_key *sort_keys,
 282                          unsigned int n_sort_keys,
 283                          struct tracing_map_sort_entry ***sort_entries);
 284
 285 extern void
 286 tracing_map_destroy_sort_entries(struct tracing_map_sort_entry **entries,
 287                                  unsigned int n_entries);
 288 #endif /* __TRACING_MAP_H */