lib/assoc_array.c

   1 /* Generic associative array implementation.
   2  *
   3  * See Documentation/assoc_array.txt for information.
   4  *
   5  * Copyright (C) 2013 Red Hat, Inc. All Rights Reserved.
   6  * Written by David Howells (dhowells@redhat.com)
   7  *
   8  * This program is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU General Public Licence
  10  * as published by the Free Software Foundation; either version
  11  * 2 of the Licence, or (at your option) any later version.
  12  */
  13 //#define DEBUG
  14 #include <linux/slab.h>
  15 #include <linux/err.h>
  16 #include <linux/assoc_array_priv.h>
  17
  18 /*
  19  * Iterate over an associative array.  The caller must hold the RCU read lock
  20  * or better.
  21  */
  22 static int assoc_array_subtree_iterate(const struct assoc_array_ptr *root,
  23                                        const struct assoc_array_ptr *stop,
  24                                        int (*iterator)(const void *leaf,
  25                                                        void *iterator_data),
  26                                        void *iterator_data)
  27 {
  28         const struct assoc_array_shortcut *shortcut;
  29         const struct assoc_array_node *node;
  30         const struct assoc_array_ptr *cursor, *ptr, *parent;
  31         unsigned long has_meta;
  32         int slot, ret;
  33
  34         cursor = root;
  35
  36 begin_node:
  37         if (assoc_array_ptr_is_shortcut(cursor)) {
  38                 /* Descend through a shortcut */
  39                 shortcut = assoc_array_ptr_to_shortcut(cursor);
  40                 smp_read_barrier_depends();
  41                 cursor = ACCESS_ONCE(shortcut->next_node);
  42         }
  43
  44         node = assoc_array_ptr_to_node(cursor);
  45         smp_read_barrier_depends();
  46         slot = 0;
  47
  48         /* We perform two passes of each node.
  49          *
  50          * The first pass does all the leaves in this node.  This means we
  51          * don't miss any leaves if the node is split up by insertion whilst
  52          * we're iterating over the branches rooted here (we may, however, see
  53          * some leaves twice).
  54          */
  55         has_meta = 0;
  56         for (; slot < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; slot++) {
  57                 ptr = ACCESS_ONCE(node->slots[slot]);
  58                 has_meta |= (unsigned long)ptr;
  59                 if (ptr && assoc_array_ptr_is_leaf(ptr)) {
  60                         /* We need a barrier between the read of the pointer
  61                          * and dereferencing the pointer - but only if we are
  62                          * actually going to dereference it.
  63                          */
  64                         smp_read_barrier_depends();
  65
  66                         /* Invoke the callback */
  67                         ret = iterator(assoc_array_ptr_to_leaf(ptr),
  68                                        iterator_data);
  69                         if (ret)
  70                                 return ret;
  71                 }
  72         }
  73
  74         /* The second pass attends to all the metadata pointers.  If we follow
  75          * one of these we may find that we don't come back here, but rather go
  76          * back to a replacement node with the leaves in a different layout.
  77          *
  78          * We are guaranteed to make progress, however, as the slot number for
  79          * a particular portion of the key space cannot change - and we
  80          * continue at the back pointer + 1.
  81          */
  82         if (!(has_meta & ASSOC_ARRAY_PTR_META_TYPE))
  83                 goto finished_node;
  84         slot = 0;
  85
  86 continue_node:
  87         node = assoc_array_ptr_to_node(cursor);
  88         smp_read_barrier_depends();
  89
  90         for (; slot < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; slot++) {
  91                 ptr = ACCESS_ONCE(node->slots[slot]);
  92                 if (assoc_array_ptr_is_meta(ptr)) {
  93                         cursor = ptr;
  94                         goto begin_node;
  95                 }
  96         }
  97
  98 finished_node:
  99         /* Move up to the parent (may need to skip back over a shortcut) */
 100         parent = ACCESS_ONCE(node->back_pointer);
 101         slot = node->parent_slot;
 102         if (parent == stop)
 103                 return 0;
 104
 105         if (assoc_array_ptr_is_shortcut(parent)) {
 106                 shortcut = assoc_array_ptr_to_shortcut(parent);
 107                 smp_read_barrier_depends();
 108                 cursor = parent;
 109                 parent = ACCESS_ONCE(shortcut->back_pointer);
 110                 slot = shortcut->parent_slot;
 111                 if (parent == stop)
 112                         return 0;
 113         }
 114
 115         /* Ascend to next slot in parent node */
 116         cursor = parent;
 117         slot++;
 118         goto continue_node;
 119 }
 120
 121 /**
 122  * assoc_array_iterate - Pass all objects in the array to a callback
 123  * @array: The array to iterate over.
 124  * @iterator: The callback function.
 125  * @iterator_data: Private data for the callback function.
 126  *
 127  * Iterate over all the objects in an associative array.  Each one will be
 128  * presented to the iterator function.
 129  *
 130  * If the array is being modified concurrently with the iteration then it is
 131  * possible that some objects in the array will be passed to the iterator
 132  * callback more than once - though every object should be passed at least
 133  * once.  If this is undesirable then the caller must lock against modification
 134  * for the duration of this function.
 135  *
 136  * The function will return 0 if no objects were in the array or else it will
 137  * return the result of the last iterator function called.  Iteration stops
 138  * immediately if any call to the iteration function results in a non-zero
 139  * return.
 140  *
 141  * The caller should hold the RCU read lock or better if concurrent
 142  * modification is possible.
 143  */
 144 int assoc_array_iterate(const struct assoc_array *array,
 145                         int (*iterator)(const void *object,
 146                                         void *iterator_data),
 147                         void *iterator_data)
 148 {
 149         struct assoc_array_ptr *root = ACCESS_ONCE(array->root);
 150
 151         if (!root)
 152                 return 0;
 153         return assoc_array_subtree_iterate(root, NULL, iterator, iterator_data);
 154 }
 155
 156 enum assoc_array_walk_status {
 157         assoc_array_walk_tree_empty,
 158         assoc_array_walk_found_terminal_node,
 159         assoc_array_walk_found_wrong_shortcut,
 160 } status;
 161
 162 struct assoc_array_walk_result {
 163         struct {
 164                 struct assoc_array_node *node;  /* Node in which leaf might be found */
 165                 int             level;
 166                 int             slot;
 167         } terminal_node;
 168         struct {
 169                 struct assoc_array_shortcut *shortcut;
 170                 int             level;
 171                 int             sc_level;
 172                 unsigned long   sc_segments;
 173                 unsigned long   dissimilarity;
 174         } wrong_shortcut;
 175 };
 176
 177 /*
 178  * Navigate through the internal tree looking for the closest node to the key.
 179  */
 180 static enum assoc_array_walk_status
 181 assoc_array_walk(const struct assoc_array *array,
 182                  const struct assoc_array_ops *ops,
 183                  const void *index_key,
 184                  struct assoc_array_walk_result *result)
 185 {
 186         struct assoc_array_shortcut *shortcut;
 187         struct assoc_array_node *node;
 188         struct assoc_array_ptr *cursor, *ptr;
 189         unsigned long sc_segments, dissimilarity;
 190         unsigned long segments;
 191         int level, sc_level, next_sc_level;
 192         int slot;
 193
 194         pr_devel("-->%s()\n", __func__);
 195
 196         cursor = ACCESS_ONCE(array->root);
 197         if (!cursor)
 198                 return assoc_array_walk_tree_empty;
 199
 200         level = 0;
 201
 202         /* Use segments from the key for the new leaf to navigate through the
 203          * internal tree, skipping through nodes and shortcuts that are on
 204          * route to the destination.  Eventually we'll come to a slot that is
 205          * either empty or contains a leaf at which point we've found a node in
 206          * which the leaf we're looking for might be found or into which it
 207          * should be inserted.
 208          */
 209 jumped:
 210         segments = ops->get_key_chunk(index_key, level);
 211         pr_devel("segments[%d]: %lx\n", level, segments);
 212
 213         if (assoc_array_ptr_is_shortcut(cursor))
 214                 goto follow_shortcut;
 215
 216 consider_node:
 217         node = assoc_array_ptr_to_node(cursor);
 218         smp_read_barrier_depends();
 219
 220         slot = segments >> (level & ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_MASK);
 221         slot &= ASSOC_ARRAY_FAN_MASK;
 222         ptr = ACCESS_ONCE(node->slots[slot]);
 223
 224         pr_devel("consider slot %x [ix=%d type=%lu]\n",
 225                  slot, level, (unsigned long)ptr & 3);
 226
 227         if (!assoc_array_ptr_is_meta(ptr)) {
 228                 /* The node doesn't have a node/shortcut pointer in the slot
 229                  * corresponding to the index key that we have to follow.
 230                  */
 231                 result->terminal_node.node = node;
 232                 result->terminal_node.level = level;
 233                 result->terminal_node.slot = slot;
 234                 pr_devel("<--%s() = terminal_node\n", __func__);
 235                 return assoc_array_walk_found_terminal_node;
 236         }
 237
 238         if (assoc_array_ptr_is_node(ptr)) {
 239                 /* There is a pointer to a node in the slot corresponding to
 240                  * this index key segment, so we need to follow it.
 241                  */
 242                 cursor = ptr;
 243                 level += ASSOC_ARRAY_LEVEL_STEP;
 244                 if ((level & ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_MASK) != 0)
 245                         goto consider_node;
 246                 goto jumped;
 247         }
 248
 249         /* There is a shortcut in the slot corresponding to the index key
 250          * segment.  We follow the shortcut if its partial index key matches
 251          * this leaf's.  Otherwise we need to split the shortcut.
 252          */
 253         cursor = ptr;
 254 follow_shortcut:
 255         shortcut = assoc_array_ptr_to_shortcut(cursor);
 256         smp_read_barrier_depends();
 257         pr_devel("shortcut to %d\n", shortcut->skip_to_level);
 258         sc_level = level + ASSOC_ARRAY_LEVEL_STEP;
 259         BUG_ON(sc_level > shortcut->skip_to_level);
 260
 261         do {
 262                 /* Check the leaf against the shortcut's index key a word at a
 263                  * time, trimming the final word (the shortcut stores the index
 264                  * key completely from the root to the shortcut's target).
 265                  */
 266                 if ((sc_level & ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_MASK) == 0)
 267                         segments = ops->get_key_chunk(index_key, sc_level);
 268
 269                 sc_segments = shortcut->index_key[sc_level >> ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_SHIFT];
 270                 dissimilarity = segments ^ sc_segments;
 271
 272                 if (round_up(sc_level, ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_SIZE) > shortcut->skip_to_level) {
 273                         /* Trim segments that are beyond the shortcut */
 274                         int shift = shortcut->skip_to_level & ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_MASK;
 275                         dissimilarity &= ~(ULONG_MAX << shift);
 276                         next_sc_level = shortcut->skip_to_level;
 277                 } else {
 278                         next_sc_level = sc_level + ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_SIZE;
 279                         next_sc_level = round_down(next_sc_level, ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_SIZE);
 280                 }
 281
 282                 if (dissimilarity != 0) {
 283                         /* This shortcut points elsewhere */
 284                         result->wrong_shortcut.shortcut = shortcut;
 285                         result->wrong_shortcut.level = level;
 286                         result->wrong_shortcut.sc_level = sc_level;
 287                         result->wrong_shortcut.sc_segments = sc_segments;
 288                         result->wrong_shortcut.dissimilarity = dissimilarity;
 289                         return assoc_array_walk_found_wrong_shortcut;
 290                 }
 291
 292                 sc_level = next_sc_level;
 293         } while (sc_level < shortcut->skip_to_level);
 294
 295         /* The shortcut matches the leaf's index to this point. */
 296         cursor = ACCESS_ONCE(shortcut->next_node);
 297         if (((level ^ sc_level) & ~ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_MASK) != 0) {
 298                 level = sc_level;
 299                 goto jumped;
 300         } else {
 301                 level = sc_level;
 302                 goto consider_node;
 303         }
 304 }
 305
 306 /**
 307  * assoc_array_find - Find an object by index key
 308  * @array: The associative array to search.
 309  * @ops: The operations to use.
 310  * @index_key: The key to the object.
 311  *
 312  * Find an object in an associative array by walking through the internal tree
 313  * to the node that should contain the object and then searching the leaves
 314  * there.  NULL is returned if the requested object was not found in the array.
 315  *
 316  * The caller must hold the RCU read lock or better.
 317  */
 318 void *assoc_array_find(const struct assoc_array *array,
 319                        const struct assoc_array_ops *ops,
 320                        const void *index_key)
 321 {
 322         struct assoc_array_walk_result result;
 323         const struct assoc_array_node *node;
 324         const struct assoc_array_ptr *ptr;
 325         const void *leaf;
 326         int slot;
 327
 328         if (assoc_array_walk(array, ops, index_key, &result) !=
 329             assoc_array_walk_found_terminal_node)
 330                 return NULL;
 331
 332         node = result.terminal_node.node;
 333         smp_read_barrier_depends();
 334
 335         /* If the target key is available to us, it's has to be pointed to by
 336          * the terminal node.
 337          */
 338         for (slot = 0; slot < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; slot++) {
 339                 ptr = ACCESS_ONCE(node->slots[slot]);
 340                 if (ptr && assoc_array_ptr_is_leaf(ptr)) {
 341                         /* We need a barrier between the read of the pointer
 342                          * and dereferencing the pointer - but only if we are
 343                          * actually going to dereference it.
 344                          */
 345                         leaf = assoc_array_ptr_to_leaf(ptr);
 346                         smp_read_barrier_depends();
 347                         if (ops->compare_object(leaf, index_key))
 348                                 return (void *)leaf;
 349                 }
 350         }
 351
 352         return NULL;
 353 }
 354
 355 /*
 356  * Destructively iterate over an associative array.  The caller must prevent
 357  * other simultaneous accesses.
 358  */
 359 static void assoc_array_destroy_subtree(struct assoc_array_ptr *root,
 360                                         const struct assoc_array_ops *ops)
 361 {
 362         struct assoc_array_shortcut *shortcut;
 363         struct assoc_array_node *node;
 364         struct assoc_array_ptr *cursor, *parent = NULL;
 365         int slot = -1;
 366
 367         pr_devel("-->%s()\n", __func__);
 368
 369         cursor = root;
 370         if (!cursor) {
 371                 pr_devel("empty\n");
 372                 return;
 373         }
 374
 375 move_to_meta:
 376         if (assoc_array_ptr_is_shortcut(cursor)) {
 377                 /* Descend through a shortcut */
 378                 pr_devel("[%d] shortcut\n", slot);
 379                 BUG_ON(!assoc_array_ptr_is_shortcut(cursor));
 380                 shortcut = assoc_array_ptr_to_shortcut(cursor);
 381                 BUG_ON(shortcut->back_pointer != parent);
 382                 BUG_ON(slot != -1 && shortcut->parent_slot != slot);
 383                 parent = cursor;
 384                 cursor = shortcut->next_node;
 385                 slot = -1;
 386                 BUG_ON(!assoc_array_ptr_is_node(cursor));
 387         }
 388
 389         pr_devel("[%d] node\n", slot);
 390         node = assoc_array_ptr_to_node(cursor);
 391         BUG_ON(node->back_pointer != parent);
 392         BUG_ON(slot != -1 && node->parent_slot != slot);
 393         slot = 0;
 394
 395 continue_node:
 396         pr_devel("Node %p [back=%p]\n", node, node->back_pointer);
 397         for (; slot < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; slot++) {
 398                 struct assoc_array_ptr *ptr = node->slots[slot];
 399                 if (!ptr)
 400                         continue;
 401                 if (assoc_array_ptr_is_meta(ptr)) {
 402                         parent = cursor;
 403                         cursor = ptr;
 404                         goto move_to_meta;
 405                 }
 406
 407                 if (ops) {
 408                         pr_devel("[%d] free leaf\n", slot);
 409                         ops->free_object(assoc_array_ptr_to_leaf(ptr));
 410                 }
 411         }
 412
 413         parent = node->back_pointer;
 414         slot = node->parent_slot;
 415         pr_devel("free node\n");
 416         kfree(node);
 417         if (!parent)
 418                 return; /* Done */
 419
 420         /* Move back up to the parent (may need to free a shortcut on
 421          * the way up) */
 422         if (assoc_array_ptr_is_shortcut(parent)) {
 423                 shortcut = assoc_array_ptr_to_shortcut(parent);
 424                 BUG_ON(shortcut->next_node != cursor);
 425                 cursor = parent;
 426                 parent = shortcut->back_pointer;
 427                 slot = shortcut->parent_slot;
 428                 pr_devel("free shortcut\n");
 429                 kfree(shortcut);
 430                 if (!parent)
 431                         return;
 432
 433                 BUG_ON(!assoc_array_ptr_is_node(parent));
 434         }
 435
 436         /* Ascend to next slot in parent node */
 437         pr_devel("ascend to %p[%d]\n", parent, slot);
 438         cursor = parent;
 439         node = assoc_array_ptr_to_node(cursor);
 440         slot++;
 441         goto continue_node;
 442 }
 443
 444 /**
 445  * assoc_array_destroy - Destroy an associative array
 446  * @array: The array to destroy.
 447  * @ops: The operations to use.
 448  *
 449  * Discard all metadata and free all objects in an associative array.  The
 450  * array will be empty and ready to use again upon completion.  This function
 451  * cannot fail.
 452  *
 453  * The caller must prevent all other accesses whilst this takes place as no
 454  * attempt is made to adjust pointers gracefully to permit RCU readlock-holding
 455  * accesses to continue.  On the other hand, no memory allocation is required.
 456  */
 457 void assoc_array_destroy(struct assoc_array *array,
 458                          const struct assoc_array_ops *ops)
 459 {
 460         assoc_array_destroy_subtree(array->root, ops);
 461         array->root = NULL;
 462 }
 463
 464 /*
 465  * Handle insertion into an empty tree.
 466  */
 467 static bool assoc_array_insert_in_empty_tree(struct assoc_array_edit *edit)
 468 {
 469         struct assoc_array_node *new_n0;
 470
 471         pr_devel("-->%s()\n", __func__);
 472
 473         new_n0 = kzalloc(sizeof(struct assoc_array_node), GFP_KERNEL);
 474         if (!new_n0)
 475                 return false;
 476
 477         edit->new_meta[0] = assoc_array_node_to_ptr(new_n0);
 478         edit->leaf_p = &new_n0->slots[0];
 479         edit->adjust_count_on = new_n0;
 480         edit->set[0].ptr = &edit->array->root;
 481         edit->set[0].to = assoc_array_node_to_ptr(new_n0);
 482
 483         pr_devel("<--%s() = ok [no root]\n", __func__);
 484         return true;
 485 }
 486
 487 /*
 488  * Handle insertion into a terminal node.
 489  */
 490 static bool assoc_array_insert_into_terminal_node(struct assoc_array_edit *edit,
 491                                                   const struct assoc_array_ops *ops,
 492                                                   const void *index_key,
 493                                                   struct assoc_array_walk_result *result)
 494 {
 495         struct assoc_array_shortcut *shortcut, *new_s0;
 496         struct assoc_array_node *node, *new_n0, *new_n1, *side;
 497         struct assoc_array_ptr *ptr;
 498         unsigned long dissimilarity, base_seg, blank;
 499         size_t keylen;
 500         bool have_meta;
 501         int level, diff;
 502         int slot, next_slot, free_slot, i, j;
 503
 504         node    = result->terminal_node.node;
 505         level   = result->terminal_node.level;
 506         edit->segment_cache[ASSOC_ARRAY_FAN_OUT] = result->terminal_node.slot;
 507
 508         pr_devel("-->%s()\n", __func__);
 509
 510         /* We arrived at a node which doesn't have an onward node or shortcut
 511          * pointer that we have to follow.  This means that (a) the leaf we
 512          * want must go here (either by insertion or replacement) or (b) we
 513          * need to split this node and insert in one of the fragments.
 514          */
 515         free_slot = -1;
 516
 517         /* Firstly, we have to check the leaves in this node to see if there's
 518          * a matching one we should replace in place.
 519          */
 520         for (i = 0; i < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; i++) {
 521                 ptr = node->slots[i];
 522                 if (!ptr) {
 523                         free_slot = i;
 524                         continue;
 525                 }
 526                 if (ops->compare_object(assoc_array_ptr_to_leaf(ptr), index_key)) {
 527                         pr_devel("replace in slot %d\n", i);
 528                         edit->leaf_p = &node->slots[i];
 529                         edit->dead_leaf = node->slots[i];
 530                         pr_devel("<--%s() = ok [replace]\n", __func__);
 531                         return true;
 532                 }
 533         }
 534
 535         /* If there is a free slot in this node then we can just insert the
 536          * leaf here.
 537          */
 538         if (free_slot >= 0) {
 539                 pr_devel("insert in free slot %d\n", free_slot);
 540                 edit->leaf_p = &node->slots[free_slot];
 541                 edit->adjust_count_on = node;
 542                 pr_devel("<--%s() = ok [insert]\n", __func__);
 543                 return true;
 544         }
 545
 546         /* The node has no spare slots - so we're either going to have to split
 547          * it or insert another node before it.
 548          *
 549          * Whatever, we're going to need at least two new nodes - so allocate
 550          * those now.  We may also need a new shortcut, but we deal with that
 551          * when we need it.
 552          */
 553         new_n0 = kzalloc(sizeof(struct assoc_array_node), GFP_KERNEL);
 554         if (!new_n0)
 555                 return false;
 556         edit->new_meta[0] = assoc_array_node_to_ptr(new_n0);
 557         new_n1 = kzalloc(sizeof(struct assoc_array_node), GFP_KERNEL);
 558         if (!new_n1)
 559                 return false;
 560         edit->new_meta[1] = assoc_array_node_to_ptr(new_n1);
 561
 562         /* We need to find out how similar the leaves are. */
 563         pr_devel("no spare slots\n");
 564         have_meta = false;
 565         for (i = 0; i < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; i++) {
 566                 ptr = node->slots[i];
 567                 if (assoc_array_ptr_is_meta(ptr)) {
 568                         edit->segment_cache[i] = 0xff;
 569                         have_meta = true;
 570                         continue;
 571                 }
 572                 base_seg = ops->get_object_key_chunk(
 573                         assoc_array_ptr_to_leaf(ptr), level);
 574                 base_seg >>= level & ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_MASK;
 575                 edit->segment_cache[i] = base_seg & ASSOC_ARRAY_FAN_MASK;
 576         }
 577
 578         if (have_meta) {
 579                 pr_devel("have meta\n");
 580                 goto split_node;
 581         }
 582
 583         /* The node contains only leaves */
 584         dissimilarity = 0;
 585         base_seg = edit->segment_cache[0];
 586         for (i = 1; i < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; i++)
 587                 dissimilarity |= edit->segment_cache[i] ^ base_seg;
 588
 589         pr_devel("only leaves; dissimilarity=%lx\n", dissimilarity);
 590
 591         if ((dissimilarity & ASSOC_ARRAY_FAN_MASK) == 0) {
 592                 /* The old leaves all cluster in the same slot.  We will need
 593                  * to insert a shortcut if the new node wants to cluster with them.
 594                  */
 595                 if ((edit->segment_cache[ASSOC_ARRAY_FAN_OUT] ^ base_seg) == 0)
 596                         goto all_leaves_cluster_together;
 597
 598                 /* Otherwise we can just insert a new node ahead of the old
 599                  * one.
 600                  */
 601                 goto present_leaves_cluster_but_not_new_leaf;
 602         }
 603
 604 split_node:
 605         pr_devel("split node\n");
 606
 607         /* We need to split the current node; we know that the node doesn't
 608          * simply contain a full set of leaves that cluster together (it
 609          * contains meta pointers and/or non-clustering leaves).
 610          *
 611          * We need to expel at least two leaves out of a set consisting of the
 612          * leaves in the node and the new leaf.
 613          *
 614          * We need a new node (n0) to replace the current one and a new node to
 615          * take the expelled nodes (n1).
 616          */
 617         edit->set[0].to = assoc_array_node_to_ptr(new_n0);
 618         new_n0->back_pointer = node->back_pointer;
 619         new_n0->parent_slot = node->parent_slot;
 620         new_n1->back_pointer = assoc_array_node_to_ptr(new_n0);
 621         new_n1->parent_slot = -1; /* Need to calculate this */
 622
 623 do_split_node:
 624         pr_devel("do_split_node\n");
 625
 626         new_n0->nr_leaves_on_branch = node->nr_leaves_on_branch;
 627         new_n1->nr_leaves_on_branch = 0;
 628
 629         /* Begin by finding two matching leaves.  There have to be at least two
 630          * that match - even if there are meta pointers - because any leaf that
 631          * would match a slot with a meta pointer in it must be somewhere
 632          * behind that meta pointer and cannot be here.  Further, given N
 633          * remaining leaf slots, we now have N+1 leaves to go in them.
 634          */
 635         for (i = 0; i < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; i++) {
 636                 slot = edit->segment_cache[i];
 637                 if (slot != 0xff)
 638                         for (j = i + 1; j < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT + 1; j++)
 639                                 if (edit->segment_cache[j] == slot)
 640                                         goto found_slot_for_multiple_occupancy;
 641         }
 642 found_slot_for_multiple_occupancy:
 643         pr_devel("same slot: %x %x [%02x]\n", i, j, slot);
 644         BUG_ON(i >= ASSOC_ARRAY_FAN_OUT);
 645         BUG_ON(j >= ASSOC_ARRAY_FAN_OUT + 1);
 646         BUG_ON(slot >= ASSOC_ARRAY_FAN_OUT);
 647
 648         new_n1->parent_slot = slot;
 649
 650         /* Metadata pointers cannot change slot */
 651         for (i = 0; i < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; i++)
 652                 if (assoc_array_ptr_is_meta(node->slots[i]))
 653                         new_n0->slots[i] = node->slots[i];
 654                 else
 655                         new_n0->slots[i] = NULL;
 656         BUG_ON(new_n0->slots[slot] != NULL);
 657         new_n0->slots[slot] = assoc_array_node_to_ptr(new_n1);
 658
 659         /* Filter the leaf pointers between the new nodes */
 660         free_slot = -1;
 661         next_slot = 0;
 662         for (i = 0; i < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; i++) {
 663                 if (assoc_array_ptr_is_meta(node->slots[i]))
 664                         continue;
 665                 if (edit->segment_cache[i] == slot) {
 666                         new_n1->slots[next_slot++] = node->slots[i];
 667                         new_n1->nr_leaves_on_branch++;
 668                 } else {
 669                         do {
 670                                 free_slot++;
 671                         } while (new_n0->slots[free_slot] != NULL);
 672                         new_n0->slots[free_slot] = node->slots[i];
 673                 }
 674         }
 675
 676         pr_devel("filtered: f=%x n=%x\n", free_slot, next_slot);
 677
 678         if (edit->segment_cache[ASSOC_ARRAY_FAN_OUT] != slot) {
 679                 do {
 680                         free_slot++;
 681                 } while (new_n0->slots[free_slot] != NULL);
 682                 edit->leaf_p = &new_n0->slots[free_slot];
 683                 edit->adjust_count_on = new_n0;
 684         } else {
 685                 edit->leaf_p = &new_n1->slots[next_slot++];
 686                 edit->adjust_count_on = new_n1;
 687         }
 688
 689         BUG_ON(next_slot <= 1);
 690
 691         edit->set_backpointers_to = assoc_array_node_to_ptr(new_n0);
 692         for (i = 0; i < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; i++) {
 693                 if (edit->segment_cache[i] == 0xff) {
 694                         ptr = node->slots[i];
 695                         BUG_ON(assoc_array_ptr_is_leaf(ptr));
 696                         if (assoc_array_ptr_is_node(ptr)) {
 697                                 side = assoc_array_ptr_to_node(ptr);
 698                                 edit->set_backpointers[i] = &side->back_pointer;
 699                         } else {
 700                                 shortcut = assoc_array_ptr_to_shortcut(ptr);
 701                                 edit->set_backpointers[i] = &shortcut->back_pointer;
 702                         }
 703                 }
 704         }
 705
 706         ptr = node->back_pointer;
 707         if (!ptr)
 708                 edit->set[0].ptr = &edit->array->root;
 709         else if (assoc_array_ptr_is_node(ptr))
 710                 edit->set[0].ptr = &assoc_array_ptr_to_node(ptr)->slots[node->parent_slot];
 711         else
 712                 edit->set[0].ptr = &assoc_array_ptr_to_shortcut(ptr)->next_node;
 713         edit->excised_meta[0] = assoc_array_node_to_ptr(node);
 714         pr_devel("<--%s() = ok [split node]\n", __func__);
 715         return true;
 716
 717 present_leaves_cluster_but_not_new_leaf:
 718         /* All the old leaves cluster in the same slot, but the new leaf wants
 719          * to go into a different slot, so we create a new node to hold the new
 720          * leaf and a pointer to a new node holding all the old leaves.
 721          */
 722         pr_devel("present leaves cluster but not new leaf\n");
 723
 724         new_n0->back_pointer = node->back_pointer;
 725         new_n0->parent_slot = node->parent_slot;
 726         new_n0->nr_leaves_on_branch = node->nr_leaves_on_branch;
 727         new_n1->back_pointer = assoc_array_node_to_ptr(new_n0);
 728         new_n1->parent_slot = edit->segment_cache[0];
 729         new_n1->nr_leaves_on_branch = node->nr_leaves_on_branch;
 730         edit->adjust_count_on = new_n0;
 731
 732         for (i = 0; i < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; i++)
 733                 new_n1->slots[i] = node->slots[i];
 734
 735         new_n0->slots[edit->segment_cache[0]] = assoc_array_node_to_ptr(new_n0);
 736         edit->leaf_p = &new_n0->slots[edit->segment_cache[ASSOC_ARRAY_FAN_OUT]];
 737
 738         edit->set[0].ptr = &assoc_array_ptr_to_node(node->back_pointer)->slots[node->parent_slot];
 739         edit->set[0].to = assoc_array_node_to_ptr(new_n0);
 740         edit->excised_meta[0] = assoc_array_node_to_ptr(node);
 741         pr_devel("<--%s() = ok [insert node before]\n", __func__);
 742         return true;
 743
 744 all_leaves_cluster_together:
 745         /* All the leaves, new and old, want to cluster together in this node
 746          * in the same slot, so we have to replace this node with a shortcut to
 747          * skip over the identical parts of the key and then place a pair of
 748          * nodes, one inside the other, at the end of the shortcut and
 749          * distribute the keys between them.
 750          *
 751          * Firstly we need to work out where the leaves start diverging as a
 752          * bit position into their keys so that we know how big the shortcut
 753          * needs to be.
 754          *
 755          * We only need to make a single pass of N of the N+1 leaves because if
 756          * any keys differ between themselves at bit X then at least one of
 757          * them must also differ with the base key at bit X or before.
 758          */
 759         pr_devel("all leaves cluster together\n");
 760         diff = INT_MAX;
 761         for (i = 0; i < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; i++) {
 762                 int x = ops->diff_objects(assoc_array_ptr_to_leaf(node->slots[i]),
 763                                           index_key);
 764                 if (x < diff) {
 765                         BUG_ON(x < 0);
 766                         diff = x;
 767                 }
 768         }
 769         BUG_ON(diff == INT_MAX);
 770         BUG_ON(diff < level + ASSOC_ARRAY_LEVEL_STEP);
 771
 772         keylen = round_up(diff, ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_SIZE);
 773         keylen >>= ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_SHIFT;
 774
 775         new_s0 = kzalloc(sizeof(struct assoc_array_shortcut) +
 776                          keylen * sizeof(unsigned long), GFP_KERNEL);
 777         if (!new_s0)
 778                 return false;
 779         edit->new_meta[2] = assoc_array_shortcut_to_ptr(new_s0);
 780
 781         edit->set[0].to = assoc_array_shortcut_to_ptr(new_s0);
 782         new_s0->back_pointer = node->back_pointer;
 783         new_s0->parent_slot = node->parent_slot;
 784         new_s0->next_node = assoc_array_node_to_ptr(new_n0);
 785         new_n0->back_pointer = assoc_array_shortcut_to_ptr(new_s0);
 786         new_n0->parent_slot = 0;
 787         new_n1->back_pointer = assoc_array_node_to_ptr(new_n0);
 788         new_n1->parent_slot = -1; /* Need to calculate this */
 789
 790         new_s0->skip_to_level = level = diff & ~ASSOC_ARRAY_LEVEL_STEP_MASK;
 791         pr_devel("skip_to_level = %d [diff %d]\n", level, diff);
 792         BUG_ON(level <= 0);
 793
 794         for (i = 0; i < keylen; i++)
 795                 new_s0->index_key[i] =
 796                         ops->get_key_chunk(index_key, i * ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_SIZE);
 797
 798         blank = ULONG_MAX << (level & ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_MASK);
 799         pr_devel("blank off [%zu] %d: %lx\n", keylen - 1, level, blank);
 800         new_s0->index_key[keylen - 1] &= ~blank;
 801
 802         /* This now reduces to a node splitting exercise for which we'll need
 803          * to regenerate the disparity table.
 804          */
 805         for (i = 0; i < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; i++) {
 806                 ptr = node->slots[i];
 807                 base_seg = ops->get_object_key_chunk(assoc_array_ptr_to_leaf(ptr),
 808                                                      level);
 809                 base_seg >>= level & ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_MASK;
 810                 edit->segment_cache[i] = base_seg & ASSOC_ARRAY_FAN_MASK;
 811         }
 812
 813         base_seg = ops->get_key_chunk(index_key, level);
 814         base_seg >>= level & ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_MASK;
 815         edit->segment_cache[ASSOC_ARRAY_FAN_OUT] = base_seg & ASSOC_ARRAY_FAN_MASK;
 816         goto do_split_node;
 817 }
 818
 819 /*
 820  * Handle insertion into the middle of a shortcut.
 821  */
 822 static bool assoc_array_insert_mid_shortcut(struct assoc_array_edit *edit,
 823                                             const struct assoc_array_ops *ops,
 824                                             struct assoc_array_walk_result *result)
 825 {
 826         struct assoc_array_shortcut *shortcut, *new_s0, *new_s1;
 827         struct assoc_array_node *node, *new_n0, *side;
 828         unsigned long sc_segments, dissimilarity, blank;
 829         size_t keylen;
 830         int level, sc_level, diff;
 831         int sc_slot;
 832
 833         shortcut        = result->wrong_shortcut.shortcut;
 834         level           = result->wrong_shortcut.level;
 835         sc_level        = result->wrong_shortcut.sc_level;
 836         sc_segments     = result->wrong_shortcut.sc_segments;
 837         dissimilarity   = result->wrong_shortcut.dissimilarity;
 838
 839         pr_devel("-->%s(ix=%d dis=%lx scix=%d)\n",
 840                  __func__, level, dissimilarity, sc_level);
 841
 842         /* We need to split a shortcut and insert a node between the two
 843          * pieces.  Zero-length pieces will be dispensed with entirely.
 844          *
 845          * First of all, we need to find out in which level the first
 846          * difference was.
 847          */
 848         diff = __ffs(dissimilarity);
 849         diff &= ~ASSOC_ARRAY_LEVEL_STEP_MASK;
 850         diff += sc_level & ~ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_MASK;
 851         pr_devel("diff=%d\n", diff);
 852
 853         if (!shortcut->back_pointer) {
 854                 edit->set[0].ptr = &edit->array->root;
 855         } else if (assoc_array_ptr_is_node(shortcut->back_pointer)) {
 856                 node = assoc_array_ptr_to_node(shortcut->back_pointer);
 857                 edit->set[0].ptr = &node->slots[shortcut->parent_slot];
 858         } else {
 859                 BUG();
 860         }
 861
 862         edit->excised_meta[0] = assoc_array_shortcut_to_ptr(shortcut);
 863
 864         /* Create a new node now since we're going to need it anyway */
 865         new_n0 = kzalloc(sizeof(struct assoc_array_node), GFP_KERNEL);
 866         if (!new_n0)
 867                 return false;
 868         edit->new_meta[0] = assoc_array_node_to_ptr(new_n0);
 869         edit->adjust_count_on = new_n0;
 870
 871         /* Insert a new shortcut before the new node if this segment isn't of
 872          * zero length - otherwise we just connect the new node directly to the
 873          * parent.
 874          */
 875         level += ASSOC_ARRAY_LEVEL_STEP;
 876         if (diff > level) {
 877                 pr_devel("pre-shortcut %d...%d\n", level, diff);
 878                 keylen = round_up(diff, ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_SIZE);
 879                 keylen >>= ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_SHIFT;
 880
 881                 new_s0 = kzalloc(sizeof(struct assoc_array_shortcut) +
 882                                  keylen * sizeof(unsigned long), GFP_KERNEL);
 883                 if (!new_s0)
 884                         return false;
 885                 edit->new_meta[1] = assoc_array_shortcut_to_ptr(new_s0);
 886                 edit->set[0].to = assoc_array_shortcut_to_ptr(new_s0);
 887                 new_s0->back_pointer = shortcut->back_pointer;
 888                 new_s0->parent_slot = shortcut->parent_slot;
 889                 new_s0->next_node = assoc_array_node_to_ptr(new_n0);
 890                 new_s0->skip_to_level = diff;
 891
 892                 new_n0->back_pointer = assoc_array_shortcut_to_ptr(new_s0);
 893                 new_n0->parent_slot = 0;
 894
 895                 memcpy(new_s0->index_key, shortcut->index_key,
 896                        keylen * sizeof(unsigned long));
 897
 898                 blank = ULONG_MAX << (diff & ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_MASK);
 899                 pr_devel("blank off [%zu] %d: %lx\n", keylen - 1, diff, blank);
 900                 new_s0->index_key[keylen - 1] &= ~blank;
 901         } else {
 902                 pr_devel("no pre-shortcut\n");
 903                 edit->set[0].to = assoc_array_node_to_ptr(new_n0);
 904                 new_n0->back_pointer = shortcut->back_pointer;
 905                 new_n0->parent_slot = shortcut->parent_slot;
 906         }
 907
 908         side = assoc_array_ptr_to_node(shortcut->next_node);
 909         new_n0->nr_leaves_on_branch = side->nr_leaves_on_branch;
 910
 911         /* We need to know which slot in the new node is going to take a
 912          * metadata pointer.
 913          */
 914         sc_slot = sc_segments >> (diff & ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_MASK);
 915         sc_slot &= ASSOC_ARRAY_FAN_MASK;
 916
 917         pr_devel("new slot %lx >> %d -> %d\n",
 918                  sc_segments, diff & ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_MASK, sc_slot);
 919
 920         /* Determine whether we need to follow the new node with a replacement
 921          * for the current shortcut.  We could in theory reuse the current
 922          * shortcut if its parent slot number doesn't change - but that's a
 923          * 1-in-16 chance so not worth expending the code upon.
 924          */
 925         level = diff + ASSOC_ARRAY_LEVEL_STEP;
 926         if (level < shortcut->skip_to_level) {
 927                 pr_devel("post-shortcut %d...%d\n", level, shortcut->skip_to_level);
 928                 keylen = round_up(shortcut->skip_to_level, ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_SIZE);
 929                 keylen >>= ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_SHIFT;
 930
 931                 new_s1 = kzalloc(sizeof(struct assoc_array_shortcut) +
 932                                  keylen * sizeof(unsigned long), GFP_KERNEL);
 933                 if (!new_s1)
 934                         return false;
 935                 edit->new_meta[2] = assoc_array_shortcut_to_ptr(new_s1);
 936
 937                 new_s1->back_pointer = assoc_array_node_to_ptr(new_n0);
 938                 new_s1->parent_slot = sc_slot;
 939                 new_s1->next_node = shortcut->next_node;
 940                 new_s1->skip_to_level = shortcut->skip_to_level;
 941
 942                 new_n0->slots[sc_slot] = assoc_array_shortcut_to_ptr(new_s1);
 943
 944                 memcpy(new_s1->index_key, shortcut->index_key,
 945                        keylen * sizeof(unsigned long));
 946
 947                 edit->set[1].ptr = &side->back_pointer;
 948                 edit->set[1].to = assoc_array_shortcut_to_ptr(new_s1);
 949         } else {
 950                 pr_devel("no post-shortcut\n");
 951
 952                 /* We don't have to replace the pointed-to node as long as we
 953                  * use memory barriers to make sure the parent slot number is
 954                  * changed before the back pointer (the parent slot number is
 955                  * irrelevant to the old parent shortcut).
 956                  */
 957                 new_n0->slots[sc_slot] = shortcut->next_node;
 958                 edit->set_parent_slot[0].p = &side->parent_slot;
 959                 edit->set_parent_slot[0].to = sc_slot;
 960                 edit->set[1].ptr = &side->back_pointer;
 961                 edit->set[1].to = assoc_array_node_to_ptr(new_n0);
 962         }
 963
 964         /* Install the new leaf in a spare slot in the new node. */
 965         if (sc_slot == 0)
 966                 edit->leaf_p = &new_n0->slots[1];
 967         else
 968                 edit->leaf_p = &new_n0->slots[0];
 969
 970         pr_devel("<--%s() = ok [split shortcut]\n", __func__);
 971         return edit;
 972 }
 973
 974 /**
 975  * assoc_array_insert - Script insertion of an object into an associative array
 976  * @array: The array to insert into.
 977  * @ops: The operations to use.
 978  * @index_key: The key to insert at.
 979  * @object: The object to insert.
 980  *
 981  * Precalculate and preallocate a script for the insertion or replacement of an
 982  * object in an associative array.  This results in an edit script that can
 983  * either be applied or cancelled.
 984  *
 985  * The function returns a pointer to an edit script or -ENOMEM.
 986  *
 987  * The caller should lock against other modifications and must continue to hold
 988  * the lock until assoc_array_apply_edit() has been called.
 989  *
 990  * Accesses to the tree may take place concurrently with this function,
 991  * provided they hold the RCU read lock.
 992  */
 993 struct assoc_array_edit *assoc_array_insert(struct assoc_array *array,
 994                                             const struct assoc_array_ops *ops,
 995                                             const void *index_key,
 996                                             void *object)
 997 {
 998         struct assoc_array_walk_result result;
 999         struct assoc_array_edit *edit;
1000
1001         pr_devel("-->%s()\n", __func__);
1002
1003         /* The leaf pointer we're given must not have the bottom bit set as we
1004          * use those for type-marking the pointer.  NULL pointers are also not
1005          * allowed as they indicate an empty slot but we have to allow them
1006          * here as they can be updated later.
1007          */
1008         BUG_ON(assoc_array_ptr_is_meta(object));
1009
1010         edit = kzalloc(sizeof(struct assoc_array_edit), GFP_KERNEL);
1011         if (!edit)
1012                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1013         edit->array = array;
1014         edit->ops = ops;
1015         edit->leaf = assoc_array_leaf_to_ptr(object);
1016         edit->adjust_count_by = 1;
1017
1018         switch (assoc_array_walk(array, ops, index_key, &result)) {
1019         case assoc_array_walk_tree_empty:
1020                 /* Allocate a root node if there isn't one yet */
1021                 if (!assoc_array_insert_in_empty_tree(edit))
1022                         goto enomem;
1023                 return edit;
1024
1025         case assoc_array_walk_found_terminal_node:
1026                 /* We found a node that doesn't have a node/shortcut pointer in
1027                  * the slot corresponding to the index key that we have to
1028                  * follow.
1029                  */
1030                 if (!assoc_array_insert_into_terminal_node(edit, ops, index_key,
1031                                                            &result))
1032                         goto enomem;
1033                 return edit;
1034
1035         case assoc_array_walk_found_wrong_shortcut:
1036                 /* We found a shortcut that didn't match our key in a slot we
1037                  * needed to follow.
1038                  */
1039                 if (!assoc_array_insert_mid_shortcut(edit, ops, &result))
1040                         goto enomem;
1041                 return edit;
1042         }
1043
1044 enomem:
1045         /* Clean up after an out of memory error */
1046         pr_devel("enomem\n");
1047         assoc_array_cancel_edit(edit);
1048         return ERR_PTR(-ENOMEM);
1049 }
1050
1051 /**
1052  * assoc_array_insert_set_object - Set the new object pointer in an edit script
1053  * @edit: The edit script to modify.
1054  * @object: The object pointer to set.
1055  *
1056  * Change the object to be inserted in an edit script.  The object pointed to
1057  * by the old object is not freed.  This must be done prior to applying the
1058  * script.
1059  */
1060 void assoc_array_insert_set_object(struct assoc_array_edit *edit, void *object)
1061 {
1062         BUG_ON(!object);
1063         edit->leaf = assoc_array_leaf_to_ptr(object);
1064 }
1065
1066 struct assoc_array_delete_collapse_context {
1067         struct assoc_array_node *node;
1068         const void              *skip_leaf;
1069         int                     slot;
1070 };
1071
1072 /*
1073  * Subtree collapse to node iterator.
1074  */
1075 static int assoc_array_delete_collapse_iterator(const void *leaf,
1076                                                 void *iterator_data)
1077 {
1078         struct assoc_array_delete_collapse_context *collapse = iterator_data;
1079
1080         if (leaf == collapse->skip_leaf)
1081                 return 0;
1082
1083         BUG_ON(collapse->slot >= ASSOC_ARRAY_FAN_OUT);
1084
1085         collapse->node->slots[collapse->slot++] = assoc_array_leaf_to_ptr(leaf);
1086         return 0;
1087 }
1088
1089 /**
1090  * assoc_array_delete - Script deletion of an object from an associative array
1091  * @array: The array to search.
1092  * @ops: The operations to use.
1093  * @index_key: The key to the object.
1094  *
1095  * Precalculate and preallocate a script for the deletion of an object from an
1096  * associative array.  This results in an edit script that can either be
1097  * applied or cancelled.
1098  *
1099  * The function returns a pointer to an edit script if the object was found,
1100  * NULL if the object was not found or -ENOMEM.
1101  *
1102  * The caller should lock against other modifications and must continue to hold
1103  * the lock until assoc_array_apply_edit() has been called.
1104  *
1105  * Accesses to the tree may take place concurrently with this function,
1106  * provided they hold the RCU read lock.
1107  */
1108 struct assoc_array_edit *assoc_array_delete(struct assoc_array *array,
1109                                             const struct assoc_array_ops *ops,
1110                                             const void *index_key)
1111 {
1112         struct assoc_array_delete_collapse_context collapse;
1113         struct assoc_array_walk_result result;
1114         struct assoc_array_node *node, *new_n0;
1115         struct assoc_array_edit *edit;
1116         struct assoc_array_ptr *ptr;
1117         bool has_meta;
1118         int slot, i;
1119
1120         pr_devel("-->%s()\n", __func__);
1121
1122         edit = kzalloc(sizeof(struct assoc_array_edit), GFP_KERNEL);
1123         if (!edit)
1124                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1125         edit->array = array;
1126         edit->ops = ops;
1127         edit->adjust_count_by = -1;
1128
1129         switch (assoc_array_walk(array, ops, index_key, &result)) {
1130         case assoc_array_walk_found_terminal_node:
1131                 /* We found a node that should contain the leaf we've been
1132                  * asked to remove - *if* it's in the tree.
1133                  */
1134                 pr_devel("terminal_node\n");
1135                 node = result.terminal_node.node;
1136
1137                 for (slot = 0; slot < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; slot++) {
1138                         ptr = node->slots[slot];
1139                         if (ptr &&
1140                             assoc_array_ptr_is_leaf(ptr) &&
1141                             ops->compare_object(assoc_array_ptr_to_leaf(ptr),
1142                                                 index_key))
1143                                 goto found_leaf;
1144                 }
1145         case assoc_array_walk_tree_empty:
1146         case assoc_array_walk_found_wrong_shortcut:
1147         default:
1148                 assoc_array_cancel_edit(edit);
1149                 pr_devel("not found\n");
1150                 return NULL;
1151         }
1152
1153 found_leaf:
1154         BUG_ON(array->nr_leaves_on_tree <= 0);
1155
1156         /* In the simplest form of deletion we just clear the slot and release
1157          * the leaf after a suitable interval.
1158          */
1159         edit->dead_leaf = node->slots[slot];
1160         edit->set[0].ptr = &node->slots[slot];
1161         edit->set[0].to = NULL;
1162         edit->adjust_count_on = node;
1163
1164         /* If that concludes erasure of the last leaf, then delete the entire
1165          * internal array.
1166          */
1167         if (array->nr_leaves_on_tree == 1) {
1168                 edit->set[1].ptr = &array->root;
1169                 edit->set[1].to = NULL;
1170                 edit->adjust_count_on = NULL;
1171                 edit->excised_subtree = array->root;
1172                 pr_devel("all gone\n");
1173                 return edit;
1174         }
1175
1176         /* However, we'd also like to clear up some metadata blocks if we
1177          * possibly can.
1178          *
1179          * We go for a simple algorithm of: if this node has FAN_OUT or fewer
1180          * leaves in it, then attempt to collapse it - and attempt to
1181          * recursively collapse up the tree.
1182          *
1183          * We could also try and collapse in partially filled subtrees to take
1184          * up space in this node.
1185          */
1186         if (node->nr_leaves_on_branch <= ASSOC_ARRAY_FAN_OUT + 1) {
1187                 struct assoc_array_node *parent, *grandparent;
1188                 struct assoc_array_ptr *ptr;
1189
1190                 /* First of all, we need to know if this node has metadata so
1191                  * that we don't try collapsing if all the leaves are already
1192                  * here.
1193                  */
1194                 has_meta = false;
1195                 for (i = 0; i < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; i++) {
1196                         ptr = node->slots[i];
1197                         if (assoc_array_ptr_is_meta(ptr)) {
1198                                 has_meta = true;
1199                                 break;
1200                         }
1201                 }
1202
1203                 pr_devel("leaves: %ld [m=%d]\n",
1204                          node->nr_leaves_on_branch - 1, has_meta);
1205
1206                 /* Look further up the tree to see if we can collapse this node
1207                  * into a more proximal node too.
1208                  */
1209                 parent = node;
1210         collapse_up:
1211                 pr_devel("collapse subtree: %ld\n", parent->nr_leaves_on_branch);
1212
1213                 ptr = parent->back_pointer;
1214                 if (!ptr)
1215                         goto do_collapse;
1216                 if (assoc_array_ptr_is_shortcut(ptr)) {
1217                         struct assoc_array_shortcut *s = assoc_array_ptr_to_shortcut(ptr);
1218                         ptr = s->back_pointer;
1219                         if (!ptr)
1220                                 goto do_collapse;
1221                 }
1222
1223                 grandparent = assoc_array_ptr_to_node(ptr);
1224                 if (grandparent->nr_leaves_on_branch <= ASSOC_ARRAY_FAN_OUT + 1) {
1225                         parent = grandparent;
1226                         goto collapse_up;
1227                 }
1228
1229         do_collapse:
1230                 /* There's no point collapsing if the original node has no meta
1231                  * pointers to discard and if we didn't merge into one of that
1232                  * node's ancestry.
1233                  */
1234                 if (has_meta || parent != node) {
1235                         node = parent;
1236
1237                         /* Create a new node to collapse into */
1238                         new_n0 = kzalloc(sizeof(struct assoc_array_node), GFP_KERNEL);
1239                         if (!new_n0)
1240                                 goto enomem;
1241                         edit->new_meta[0] = assoc_array_node_to_ptr(new_n0);
1242
1243                         new_n0->back_pointer = node->back_pointer;
1244                         new_n0->parent_slot = node->parent_slot;
1245                         new_n0->nr_leaves_on_branch = node->nr_leaves_on_branch;
1246                         edit->adjust_count_on = new_n0;
1247
1248                         collapse.node = new_n0;
1249                         collapse.skip_leaf = assoc_array_ptr_to_leaf(edit->dead_leaf);
1250                         collapse.slot = 0;
1251                         assoc_array_subtree_iterate(assoc_array_node_to_ptr(node),
1252                                                     node->back_pointer,
1253                                                     assoc_array_delete_collapse_iterator,
1254                                                     &collapse);
1255                         pr_devel("collapsed %d,%lu\n", collapse.slot, new_n0->nr_leaves_on_branch);
1256                         BUG_ON(collapse.slot != new_n0->nr_leaves_on_branch - 1);
1257
1258                         if (!node->back_pointer) {
1259                                 edit->set[1].ptr = &array->root;
1260                         } else if (assoc_array_ptr_is_leaf(node->back_pointer)) {
1261                                 BUG();
1262                         } else if (assoc_array_ptr_is_node(node->back_pointer)) {
1263                                 struct assoc_array_node *p =
1264                                         assoc_array_ptr_to_node(node->back_pointer);
1265                                 edit->set[1].ptr = &p->slots[node->parent_slot];
1266                         } else if (assoc_array_ptr_is_shortcut(node->back_pointer)) {
1267                                 struct assoc_array_shortcut *s =
1268                                         assoc_array_ptr_to_shortcut(node->back_pointer);
1269                                 edit->set[1].ptr = &s->next_node;
1270                         }
1271                         edit->set[1].to = assoc_array_node_to_ptr(new_n0);
1272                         edit->excised_subtree = assoc_array_node_to_ptr(node);
1273                 }
1274         }
1275
1276         return edit;
1277
1278 enomem:
1279         /* Clean up after an out of memory error */
1280         pr_devel("enomem\n");
1281         assoc_array_cancel_edit(edit);
1282         return ERR_PTR(-ENOMEM);
1283 }
1284
1285 /**
1286  * assoc_array_clear - Script deletion of all objects from an associative array
1287  * @array: The array to clear.
1288  * @ops: The operations to use.
1289  *
1290  * Precalculate and preallocate a script for the deletion of all the objects
1291  * from an associative array.  This results in an edit script that can either
1292  * be applied or cancelled.
1293  *
1294  * The function returns a pointer to an edit script if there are objects to be
1295  * deleted, NULL if there are no objects in the array or -ENOMEM.
1296  *
1297  * The caller should lock against other modifications and must continue to hold
1298  * the lock until assoc_array_apply_edit() has been called.
1299  *
1300  * Accesses to the tree may take place concurrently with this function,
1301  * provided they hold the RCU read lock.
1302  */
1303 struct assoc_array_edit *assoc_array_clear(struct assoc_array *array,
1304                                            const struct assoc_array_ops *ops)
1305 {
1306         struct assoc_array_edit *edit;
1307
1308         pr_devel("-->%s()\n", __func__);
1309
1310         if (!array->root)
1311                 return NULL;
1312
1313         edit = kzalloc(sizeof(struct assoc_array_edit), GFP_KERNEL);
1314         if (!edit)
1315                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1316         edit->array = array;
1317         edit->ops = ops;
1318         edit->set[1].ptr = &array->root;
1319         edit->set[1].to = NULL;
1320         edit->excised_subtree = array->root;
1321         edit->ops_for_excised_subtree = ops;
1322         pr_devel("all gone\n");
1323         return edit;
1324 }
1325
1326 /*
1327  * Handle the deferred destruction after an applied edit.
1328  */
1329 static void assoc_array_rcu_cleanup(struct rcu_head *head)
1330 {
1331         struct assoc_array_edit *edit =
1332                 container_of(head, struct assoc_array_edit, rcu);
1333         int i;
1334
1335         pr_devel("-->%s()\n", __func__);
1336
1337         if (edit->dead_leaf)
1338                 edit->ops->free_object(assoc_array_ptr_to_leaf(edit->dead_leaf));
1339         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(edit->excised_meta); i++)
1340                 if (edit->excised_meta[i])
1341                         kfree(assoc_array_ptr_to_node(edit->excised_meta[i]));
1342
1343         if (edit->excised_subtree) {
1344                 BUG_ON(assoc_array_ptr_is_leaf(edit->excised_subtree));
1345                 if (assoc_array_ptr_is_node(edit->excised_subtree)) {
1346                         struct assoc_array_node *n =
1347                                 assoc_array_ptr_to_node(edit->excised_subtree);
1348                         n->back_pointer = NULL;
1349                 } else {
1350                         struct assoc_array_shortcut *s =
1351                                 assoc_array_ptr_to_shortcut(edit->excised_subtree);
1352                         s->back_pointer = NULL;
1353                 }
1354                 assoc_array_destroy_subtree(edit->excised_subtree,
1355                                             edit->ops_for_excised_subtree);
1356         }
1357
1358         kfree(edit);
1359 }
1360
1361 /**
1362  * assoc_array_apply_edit - Apply an edit script to an associative array
1363  * @edit: The script to apply.
1364  *
1365  * Apply an edit script to an associative array to effect an insertion,
1366  * deletion or clearance.  As the edit script includes preallocated memory,
1367  * this is guaranteed not to fail.
1368  *
1369  * The edit script, dead objects and dead metadata will be scheduled for
1370  * destruction after an RCU grace period to permit those doing read-only
1371  * accesses on the array to continue to do so under the RCU read lock whilst
1372  * the edit is taking place.
1373  */
1374 void assoc_array_apply_edit(struct assoc_array_edit *edit)
1375 {
1376         struct assoc_array_shortcut *shortcut;
1377         struct assoc_array_node *node;
1378         struct assoc_array_ptr *ptr;
1379         int i;
1380
1381         pr_devel("-->%s()\n", __func__);
1382
1383         smp_wmb();
1384         if (edit->leaf_p)
1385                 *edit->leaf_p = edit->leaf;
1386
1387         smp_wmb();
1388         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(edit->set_parent_slot); i++)
1389                 if (edit->set_parent_slot[i].p)
1390                         *edit->set_parent_slot[i].p = edit->set_parent_slot[i].to;
1391
1392         smp_wmb();
1393         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(edit->set_backpointers); i++)
1394                 if (edit->set_backpointers[i])
1395                         *edit->set_backpointers[i] = edit->set_backpointers_to;
1396
1397         smp_wmb();
1398         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(edit->set); i++)
1399                 if (edit->set[i].ptr)
1400                         *edit->set[i].ptr = edit->set[i].to;
1401
1402         if (edit->array->root == NULL) {
1403                 edit->array->nr_leaves_on_tree = 0;
1404         } else if (edit->adjust_count_on) {
1405                 node = edit->adjust_count_on;
1406                 for (;;) {
1407                         node->nr_leaves_on_branch += edit->adjust_count_by;
1408
1409                         ptr = node->back_pointer;
1410                         if (!ptr)
1411                                 break;
1412                         if (assoc_array_ptr_is_shortcut(ptr)) {
1413                                 shortcut = assoc_array_ptr_to_shortcut(ptr);
1414                                 ptr = shortcut->back_pointer;
1415                                 if (!ptr)
1416                                         break;
1417                         }
1418                         BUG_ON(!assoc_array_ptr_is_node(ptr));
1419                         node = assoc_array_ptr_to_node(ptr);
1420                 }
1421
1422                 edit->array->nr_leaves_on_tree += edit->adjust_count_by;
1423         }
1424
1425         call_rcu(&edit->rcu, assoc_array_rcu_cleanup);
1426 }
1427
1428 /**
1429  * assoc_array_cancel_edit - Discard an edit script.
1430  * @edit: The script to discard.
1431  *
1432  * Free an edit script and all the preallocated data it holds without making
1433  * any changes to the associative array it was intended for.
1434  *
1435  * NOTE!  In the case of an insertion script, this does _not_ release the leaf
1436  * that was to be inserted.  That is left to the caller.
1437  */
1438 void assoc_array_cancel_edit(struct assoc_array_edit *edit)
1439 {
1440         struct assoc_array_ptr *ptr;
1441         int i;
1442
1443         pr_devel("-->%s()\n", __func__);
1444
1445         /* Clean up after an out of memory error */
1446         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(edit->new_meta); i++) {
1447                 ptr = edit->new_meta[i];
1448                 if (ptr) {
1449                         if (assoc_array_ptr_is_node(ptr))
1450                                 kfree(assoc_array_ptr_to_node(ptr));
1451                         else
1452                                 kfree(assoc_array_ptr_to_shortcut(ptr));
1453                 }
1454         }
1455         kfree(edit);
1456 }
1457
1458 /**
1459  * assoc_array_gc - Garbage collect an associative array.
1460  * @array: The array to clean.
1461  * @ops: The operations to use.
1462  * @iterator: A callback function to pass judgement on each object.
1463  * @iterator_data: Private data for the callback function.
1464  *
1465  * Collect garbage from an associative array and pack down the internal tree to
1466  * save memory.
1467  *
1468  * The iterator function is asked to pass judgement upon each object in the
1469  * array.  If it returns false, the object is discard and if it returns true,
1470  * the object is kept.  If it returns true, it must increment the object's
1471  * usage count (or whatever it needs to do to retain it) before returning.
1472  *
1473  * This function returns 0 if successful or -ENOMEM if out of memory.  In the
1474  * latter case, the array is not changed.
1475  *
1476  * The caller should lock against other modifications and must continue to hold
1477  * the lock until assoc_array_apply_edit() has been called.
1478  *
1479  * Accesses to the tree may take place concurrently with this function,
1480  * provided they hold the RCU read lock.
1481  */
1482 int assoc_array_gc(struct assoc_array *array,
1483                    const struct assoc_array_ops *ops,
1484                    bool (*iterator)(void *object, void *iterator_data),
1485                    void *iterator_data)
1486 {
1487         struct assoc_array_shortcut *shortcut, *new_s;
1488         struct assoc_array_node *node, *new_n;
1489         struct assoc_array_edit *edit;
1490         struct assoc_array_ptr *cursor, *ptr;
1491         struct assoc_array_ptr *new_root, *new_parent, **new_ptr_pp;
1492         unsigned long nr_leaves_on_tree;
1493         int keylen, slot, nr_free, next_slot, i;
1494
1495         pr_devel("-->%s()\n", __func__);
1496
1497         if (!array->root)
1498                 return 0;
1499
1500         edit = kzalloc(sizeof(struct assoc_array_edit), GFP_KERNEL);
1501         if (!edit)
1502                 return -ENOMEM;
1503         edit->array = array;
1504         edit->ops = ops;
1505         edit->ops_for_excised_subtree = ops;
1506         edit->set[0].ptr = &array->root;
1507         edit->excised_subtree = array->root;
1508
1509         new_root = new_parent = NULL;
1510         new_ptr_pp = &new_root;
1511         cursor = array->root;
1512
1513 descend:
1514         /* If this point is a shortcut, then we need to duplicate it and
1515          * advance the target cursor.
1516          */
1517         if (assoc_array_ptr_is_shortcut(cursor)) {
1518                 shortcut = assoc_array_ptr_to_shortcut(cursor);
1519                 keylen = round_up(shortcut->skip_to_level, ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_SIZE);
1520                 keylen >>= ASSOC_ARRAY_KEY_CHUNK_SHIFT;
1521                 new_s = kmalloc(sizeof(struct assoc_array_shortcut) +
1522                                 keylen * sizeof(unsigned long), GFP_KERNEL);
1523                 if (!new_s)
1524                         goto enomem;
1525                 pr_devel("dup shortcut %p -> %p\n", shortcut, new_s);
1526                 memcpy(new_s, shortcut, (sizeof(struct assoc_array_shortcut) +
1527                                          keylen * sizeof(unsigned long)));
1528                 new_s->back_pointer = new_parent;
1529                 new_s->parent_slot = shortcut->parent_slot;
1530                 *new_ptr_pp = new_parent = assoc_array_shortcut_to_ptr(new_s);
1531                 new_ptr_pp = &new_s->next_node;
1532                 cursor = shortcut->next_node;
1533         }
1534
1535         /* Duplicate the node at this position */
1536         node = assoc_array_ptr_to_node(cursor);
1537         new_n = kzalloc(sizeof(struct assoc_array_node), GFP_KERNEL);
1538         if (!new_n)
1539                 goto enomem;
1540         pr_devel("dup node %p -> %p\n", node, new_n);
1541         new_n->back_pointer = new_parent;
1542         new_n->parent_slot = node->parent_slot;
1543         *new_ptr_pp = new_parent = assoc_array_node_to_ptr(new_n);
1544         new_ptr_pp = NULL;
1545         slot = 0;
1546
1547 continue_node:
1548         /* Filter across any leaves and gc any subtrees */
1549         for (; slot < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; slot++) {
1550                 ptr = node->slots[slot];
1551                 if (!ptr)
1552                         continue;
1553
1554                 if (assoc_array_ptr_is_leaf(ptr)) {
1555                         if (iterator(assoc_array_ptr_to_leaf(ptr),
1556                                      iterator_data))
1557                                 /* The iterator will have done any reference
1558                                  * counting on the object for us.
1559                                  */
1560                                 new_n->slots[slot] = ptr;
1561                         continue;
1562                 }
1563
1564                 new_ptr_pp = &new_n->slots[slot];
1565                 cursor = ptr;
1566                 goto descend;
1567         }
1568
1569         pr_devel("-- compress node %p --\n", new_n);
1570
1571         /* Count up the number of empty slots in this node and work out the
1572          * subtree leaf count.
1573          */
1574         new_n->nr_leaves_on_branch = 0;
1575         nr_free = 0;
1576         for (slot = 0; slot < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; slot++) {
1577                 ptr = new_n->slots[slot];
1578                 if (!ptr)
1579                         nr_free++;
1580                 else if (assoc_array_ptr_is_leaf(ptr))
1581                         new_n->nr_leaves_on_branch++;
1582         }
1583         pr_devel("free=%d, leaves=%lu\n", nr_free, new_n->nr_leaves_on_branch);
1584
1585         /* See what we can fold in */
1586         next_slot = 0;
1587         for (slot = 0; slot < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; slot++) {
1588                 struct assoc_array_shortcut *s;
1589                 struct assoc_array_node *child;
1590
1591                 ptr = new_n->slots[slot];
1592                 if (!ptr || assoc_array_ptr_is_leaf(ptr))
1593                         continue;
1594
1595                 s = NULL;
1596                 if (assoc_array_ptr_is_shortcut(ptr)) {
1597                         s = assoc_array_ptr_to_shortcut(ptr);
1598                         ptr = s->next_node;
1599                 }
1600
1601                 child = assoc_array_ptr_to_node(ptr);
1602                 new_n->nr_leaves_on_branch += child->nr_leaves_on_branch;
1603
1604                 if (child->nr_leaves_on_branch <= nr_free + 1) {
1605                         /* Fold the child node into this one */
1606                         pr_devel("[%d] fold node %lu/%d [nx %d]\n",
1607                                  slot, child->nr_leaves_on_branch, nr_free + 1,
1608                                  next_slot);
1609
1610                         /* We would already have reaped an intervening shortcut
1611                          * on the way back up the tree.
1612                          */
1613                         BUG_ON(s);
1614
1615                         new_n->slots[slot] = NULL;
1616                         nr_free++;
1617                         if (slot < next_slot)
1618                                 next_slot = slot;
1619                         for (i = 0; i < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; i++) {
1620                                 struct assoc_array_ptr *p = child->slots[i];
1621                                 if (!p)
1622                                         continue;
1623                                 BUG_ON(assoc_array_ptr_is_meta(p));
1624                                 while (new_n->slots[next_slot])
1625                                         next_slot++;
1626                                 BUG_ON(next_slot >= ASSOC_ARRAY_FAN_OUT);
1627                                 new_n->slots[next_slot++] = p;
1628                                 nr_free--;
1629                         }
1630                         kfree(child);
1631                 } else {
1632                         pr_devel("[%d] retain node %lu/%d [nx %d]\n",
1633                                  slot, child->nr_leaves_on_branch, nr_free + 1,
1634                                  next_slot);
1635                 }
1636         }
1637
1638         pr_devel("after: %lu\n", new_n->nr_leaves_on_branch);
1639
1640         nr_leaves_on_tree = new_n->nr_leaves_on_branch;
1641
1642         /* Excise this node if it is singly occupied by a shortcut */
1643         if (nr_free == ASSOC_ARRAY_FAN_OUT - 1) {
1644                 for (slot = 0; slot < ASSOC_ARRAY_FAN_OUT; slot++)
1645                         if ((ptr = new_n->slots[slot]))
1646                                 break;
1647
1648                 if (assoc_array_ptr_is_meta(ptr) &&
1649                     assoc_array_ptr_is_shortcut(ptr)) {
1650                         pr_devel("excise node %p with 1 shortcut\n", new_n);
1651                         new_s = assoc_array_ptr_to_shortcut(ptr);
1652                         new_parent = new_n->back_pointer;
1653                         slot = new_n->parent_slot;
1654                         kfree(new_n);
1655                         if (!new_parent) {
1656                                 new_s->back_pointer = NULL;
1657                                 new_s->parent_slot = 0;
1658                                 new_root = ptr;
1659                                 goto gc_complete;
1660                         }
1661
1662                         if (assoc_array_ptr_is_shortcut(new_parent)) {
1663                                 /* We can discard any preceding shortcut also */
1664                                 struct assoc_array_shortcut *s =
1665                                         assoc_array_ptr_to_shortcut(new_parent);
1666
1667                                 pr_devel("excise preceding shortcut\n");
1668
1669                                 new_parent = new_s->back_pointer = s->back_pointer;
1670                                 slot = new_s->parent_slot = s->parent_slot;
1671                                 kfree(s);
1672                                 if (!new_parent) {
1673                                         new_s->back_pointer = NULL;
1674                                         new_s->parent_slot = 0;
1675                                         new_root = ptr;
1676                                         goto gc_complete;
1677                                 }
1678                         }
1679
1680                         new_s->back_pointer = new_parent;
1681                         new_s->parent_slot = slot;
1682                         new_n = assoc_array_ptr_to_node(new_parent);
1683                         new_n->slots[slot] = ptr;
1684                         goto ascend_old_tree;
1685                 }
1686         }
1687
1688         /* Excise any shortcuts we might encounter that point to nodes that
1689          * only contain leaves.
1690          */
1691         ptr = new_n->back_pointer;
1692         if (!ptr)
1693                 goto gc_complete;
1694
1695         if (assoc_array_ptr_is_shortcut(ptr)) {
1696                 new_s = assoc_array_ptr_to_shortcut(ptr);
1697                 new_parent = new_s->back_pointer;
1698                 slot = new_s->parent_slot;
1699
1700                 if (new_n->nr_leaves_on_branch <= ASSOC_ARRAY_FAN_OUT) {
1701                         struct assoc_array_node *n;
1702
1703                         pr_devel("excise shortcut\n");
1704                         new_n->back_pointer = new_parent;
1705                         new_n->parent_slot = slot;
1706                         kfree(new_s);
1707                         if (!new_parent) {
1708                                 new_root = assoc_array_node_to_ptr(new_n);
1709                                 goto gc_complete;
1710                         }
1711
1712                         n = assoc_array_ptr_to_node(new_parent);
1713                         n->slots[slot] = assoc_array_node_to_ptr(new_n);
1714                 }
1715         } else {
1716                 new_parent = ptr;
1717         }
1718         new_n = assoc_array_ptr_to_node(new_parent);
1719
1720 ascend_old_tree:
1721         ptr = node->back_pointer;
1722         if (assoc_array_ptr_is_shortcut(ptr)) {
1723                 shortcut = assoc_array_ptr_to_shortcut(ptr);
1724                 slot = shortcut->parent_slot;
1725                 cursor = shortcut->back_pointer;
1726         } else {
1727                 slot = node->parent_slot;
1728                 cursor = ptr;
1729         }
1730         BUG_ON(!ptr);
1731         node = assoc_array_ptr_to_node(cursor);
1732         slot++;
1733         goto continue_node;
1734
1735 gc_complete:
1736         edit->set[0].to = new_root;
1737         assoc_array_apply_edit(edit);
1738         edit->array->nr_leaves_on_tree = nr_leaves_on_tree;
1739         return 0;
1740
1741 enomem:
1742         pr_devel("enomem\n");
1743         assoc_array_destroy_subtree(new_root, edit->ops);
1744         kfree(edit);
1745         return -ENOMEM;
1746 }