Merge tag 'arm64-upstream' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/arm64...
[platform/kernel/linux-rpi.git] / lib / bitmap.c
1 /*
2  * lib/bitmap.c
3  * Helper functions for bitmap.h.
4  *
5  * This source code is licensed under the GNU General Public License,
6  * Version 2.  See the file COPYING for more details.
7  */
8 #include <linux/export.h>
9 #include <linux/thread_info.h>
10 #include <linux/ctype.h>
11 #include <linux/errno.h>
12 #include <linux/bitmap.h>
13 #include <linux/bitops.h>
14 #include <linux/bug.h>
15 #include <linux/kernel.h>
16 #include <linux/string.h>
17 #include <linux/uaccess.h>
18
19 #include <asm/page.h>
20
21 /**
22  * DOC: bitmap introduction
23  *
24  * bitmaps provide an array of bits, implemented using an an
25  * array of unsigned longs.  The number of valid bits in a
26  * given bitmap does _not_ need to be an exact multiple of
27  * BITS_PER_LONG.
28  *
29  * The possible unused bits in the last, partially used word
30  * of a bitmap are 'don't care'.  The implementation makes
31  * no particular effort to keep them zero.  It ensures that
32  * their value will not affect the results of any operation.
33  * The bitmap operations that return Boolean (bitmap_empty,
34  * for example) or scalar (bitmap_weight, for example) results
35  * carefully filter out these unused bits from impacting their
36  * results.
37  *
38  * These operations actually hold to a slightly stronger rule:
39  * if you don't input any bitmaps to these ops that have some
40  * unused bits set, then they won't output any set unused bits
41  * in output bitmaps.
42  *
43  * The byte ordering of bitmaps is more natural on little
44  * endian architectures.  See the big-endian headers
45  * include/asm-ppc64/bitops.h and include/asm-s390/bitops.h
46  * for the best explanations of this ordering.
47  */
48
49 int __bitmap_equal(const unsigned long *bitmap1,
50                 const unsigned long *bitmap2, unsigned int bits)
51 {
52         unsigned int k, lim = bits/BITS_PER_LONG;
53         for (k = 0; k < lim; ++k)
54                 if (bitmap1[k] != bitmap2[k])
55                         return 0;
56
57         if (bits % BITS_PER_LONG)
58                 if ((bitmap1[k] ^ bitmap2[k]) & BITMAP_LAST_WORD_MASK(bits))
59                         return 0;
60
61         return 1;
62 }
63 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_equal);
64
65 void __bitmap_complement(unsigned long *dst, const unsigned long *src, unsigned int bits)
66 {
67         unsigned int k, lim = bits/BITS_PER_LONG;
68         for (k = 0; k < lim; ++k)
69                 dst[k] = ~src[k];
70
71         if (bits % BITS_PER_LONG)
72                 dst[k] = ~src[k];
73 }
74 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_complement);
75
76 /**
77  * __bitmap_shift_right - logical right shift of the bits in a bitmap
78  *   @dst : destination bitmap
79  *   @src : source bitmap
80  *   @shift : shift by this many bits
81  *   @nbits : bitmap size, in bits
82  *
83  * Shifting right (dividing) means moving bits in the MS -> LS bit
84  * direction.  Zeros are fed into the vacated MS positions and the
85  * LS bits shifted off the bottom are lost.
86  */
87 void __bitmap_shift_right(unsigned long *dst, const unsigned long *src,
88                         unsigned shift, unsigned nbits)
89 {
90         unsigned k, lim = BITS_TO_LONGS(nbits);
91         unsigned off = shift/BITS_PER_LONG, rem = shift % BITS_PER_LONG;
92         unsigned long mask = BITMAP_LAST_WORD_MASK(nbits);
93         for (k = 0; off + k < lim; ++k) {
94                 unsigned long upper, lower;
95
96                 /*
97                  * If shift is not word aligned, take lower rem bits of
98                  * word above and make them the top rem bits of result.
99                  */
100                 if (!rem || off + k + 1 >= lim)
101                         upper = 0;
102                 else {
103                         upper = src[off + k + 1];
104                         if (off + k + 1 == lim - 1)
105                                 upper &= mask;
106                         upper <<= (BITS_PER_LONG - rem);
107                 }
108                 lower = src[off + k];
109                 if (off + k == lim - 1)
110                         lower &= mask;
111                 lower >>= rem;
112                 dst[k] = lower | upper;
113         }
114         if (off)
115                 memset(&dst[lim - off], 0, off*sizeof(unsigned long));
116 }
117 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_shift_right);
118
119
120 /**
121  * __bitmap_shift_left - logical left shift of the bits in a bitmap
122  *   @dst : destination bitmap
123  *   @src : source bitmap
124  *   @shift : shift by this many bits
125  *   @nbits : bitmap size, in bits
126  *
127  * Shifting left (multiplying) means moving bits in the LS -> MS
128  * direction.  Zeros are fed into the vacated LS bit positions
129  * and those MS bits shifted off the top are lost.
130  */
131
132 void __bitmap_shift_left(unsigned long *dst, const unsigned long *src,
133                         unsigned int shift, unsigned int nbits)
134 {
135         int k;
136         unsigned int lim = BITS_TO_LONGS(nbits);
137         unsigned int off = shift/BITS_PER_LONG, rem = shift % BITS_PER_LONG;
138         for (k = lim - off - 1; k >= 0; --k) {
139                 unsigned long upper, lower;
140
141                 /*
142                  * If shift is not word aligned, take upper rem bits of
143                  * word below and make them the bottom rem bits of result.
144                  */
145                 if (rem && k > 0)
146                         lower = src[k - 1] >> (BITS_PER_LONG - rem);
147                 else
148                         lower = 0;
149                 upper = src[k] << rem;
150                 dst[k + off] = lower | upper;
151         }
152         if (off)
153                 memset(dst, 0, off*sizeof(unsigned long));
154 }
155 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_shift_left);
156
157 int __bitmap_and(unsigned long *dst, const unsigned long *bitmap1,
158                                 const unsigned long *bitmap2, unsigned int bits)
159 {
160         unsigned int k;
161         unsigned int lim = bits/BITS_PER_LONG;
162         unsigned long result = 0;
163
164         for (k = 0; k < lim; k++)
165                 result |= (dst[k] = bitmap1[k] & bitmap2[k]);
166         if (bits % BITS_PER_LONG)
167                 result |= (dst[k] = bitmap1[k] & bitmap2[k] &
168                            BITMAP_LAST_WORD_MASK(bits));
169         return result != 0;
170 }
171 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_and);
172
173 void __bitmap_or(unsigned long *dst, const unsigned long *bitmap1,
174                                 const unsigned long *bitmap2, unsigned int bits)
175 {
176         unsigned int k;
177         unsigned int nr = BITS_TO_LONGS(bits);
178
179         for (k = 0; k < nr; k++)
180                 dst[k] = bitmap1[k] | bitmap2[k];
181 }
182 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_or);
183
184 void __bitmap_xor(unsigned long *dst, const unsigned long *bitmap1,
185                                 const unsigned long *bitmap2, unsigned int bits)
186 {
187         unsigned int k;
188         unsigned int nr = BITS_TO_LONGS(bits);
189
190         for (k = 0; k < nr; k++)
191                 dst[k] = bitmap1[k] ^ bitmap2[k];
192 }
193 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_xor);
194
195 int __bitmap_andnot(unsigned long *dst, const unsigned long *bitmap1,
196                                 const unsigned long *bitmap2, unsigned int bits)
197 {
198         unsigned int k;
199         unsigned int lim = bits/BITS_PER_LONG;
200         unsigned long result = 0;
201
202         for (k = 0; k < lim; k++)
203                 result |= (dst[k] = bitmap1[k] & ~bitmap2[k]);
204         if (bits % BITS_PER_LONG)
205                 result |= (dst[k] = bitmap1[k] & ~bitmap2[k] &
206                            BITMAP_LAST_WORD_MASK(bits));
207         return result != 0;
208 }
209 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_andnot);
210
211 int __bitmap_intersects(const unsigned long *bitmap1,
212                         const unsigned long *bitmap2, unsigned int bits)
213 {
214         unsigned int k, lim = bits/BITS_PER_LONG;
215         for (k = 0; k < lim; ++k)
216                 if (bitmap1[k] & bitmap2[k])
217                         return 1;
218
219         if (bits % BITS_PER_LONG)
220                 if ((bitmap1[k] & bitmap2[k]) & BITMAP_LAST_WORD_MASK(bits))
221                         return 1;
222         return 0;
223 }
224 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_intersects);
225
226 int __bitmap_subset(const unsigned long *bitmap1,
227                     const unsigned long *bitmap2, unsigned int bits)
228 {
229         unsigned int k, lim = bits/BITS_PER_LONG;
230         for (k = 0; k < lim; ++k)
231                 if (bitmap1[k] & ~bitmap2[k])
232                         return 0;
233
234         if (bits % BITS_PER_LONG)
235                 if ((bitmap1[k] & ~bitmap2[k]) & BITMAP_LAST_WORD_MASK(bits))
236                         return 0;
237         return 1;
238 }
239 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_subset);
240
241 int __bitmap_weight(const unsigned long *bitmap, unsigned int bits)
242 {
243         unsigned int k, lim = bits/BITS_PER_LONG;
244         int w = 0;
245
246         for (k = 0; k < lim; k++)
247                 w += hweight_long(bitmap[k]);
248
249         if (bits % BITS_PER_LONG)
250                 w += hweight_long(bitmap[k] & BITMAP_LAST_WORD_MASK(bits));
251
252         return w;
253 }
254 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_weight);
255
256 void __bitmap_set(unsigned long *map, unsigned int start, int len)
257 {
258         unsigned long *p = map + BIT_WORD(start);
259         const unsigned int size = start + len;
260         int bits_to_set = BITS_PER_LONG - (start % BITS_PER_LONG);
261         unsigned long mask_to_set = BITMAP_FIRST_WORD_MASK(start);
262
263         while (len - bits_to_set >= 0) {
264                 *p |= mask_to_set;
265                 len -= bits_to_set;
266                 bits_to_set = BITS_PER_LONG;
267                 mask_to_set = ~0UL;
268                 p++;
269         }
270         if (len) {
271                 mask_to_set &= BITMAP_LAST_WORD_MASK(size);
272                 *p |= mask_to_set;
273         }
274 }
275 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_set);
276
277 void __bitmap_clear(unsigned long *map, unsigned int start, int len)
278 {
279         unsigned long *p = map + BIT_WORD(start);
280         const unsigned int size = start + len;
281         int bits_to_clear = BITS_PER_LONG - (start % BITS_PER_LONG);
282         unsigned long mask_to_clear = BITMAP_FIRST_WORD_MASK(start);
283
284         while (len - bits_to_clear >= 0) {
285                 *p &= ~mask_to_clear;
286                 len -= bits_to_clear;
287                 bits_to_clear = BITS_PER_LONG;
288                 mask_to_clear = ~0UL;
289                 p++;
290         }
291         if (len) {
292                 mask_to_clear &= BITMAP_LAST_WORD_MASK(size);
293                 *p &= ~mask_to_clear;
294         }
295 }
296 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_clear);
297
298 /**
299  * bitmap_find_next_zero_area_off - find a contiguous aligned zero area
300  * @map: The address to base the search on
301  * @size: The bitmap size in bits
302  * @start: The bitnumber to start searching at
303  * @nr: The number of zeroed bits we're looking for
304  * @align_mask: Alignment mask for zero area
305  * @align_offset: Alignment offset for zero area.
306  *
307  * The @align_mask should be one less than a power of 2; the effect is that
308  * the bit offset of all zero areas this function finds plus @align_offset
309  * is multiple of that power of 2.
310  */
311 unsigned long bitmap_find_next_zero_area_off(unsigned long *map,
312                                              unsigned long size,
313                                              unsigned long start,
314                                              unsigned int nr,
315                                              unsigned long align_mask,
316                                              unsigned long align_offset)
317 {
318         unsigned long index, end, i;
319 again:
320         index = find_next_zero_bit(map, size, start);
321
322         /* Align allocation */
323         index = __ALIGN_MASK(index + align_offset, align_mask) - align_offset;
324
325         end = index + nr;
326         if (end > size)
327                 return end;
328         i = find_next_bit(map, end, index);
329         if (i < end) {
330                 start = i + 1;
331                 goto again;
332         }
333         return index;
334 }
335 EXPORT_SYMBOL(bitmap_find_next_zero_area_off);
336
337 /*
338  * Bitmap printing & parsing functions: first version by Nadia Yvette Chambers,
339  * second version by Paul Jackson, third by Joe Korty.
340  */
341
342 #define CHUNKSZ                         32
343 #define nbits_to_hold_value(val)        fls(val)
344 #define BASEDEC 10              /* fancier cpuset lists input in decimal */
345
346 /**
347  * __bitmap_parse - convert an ASCII hex string into a bitmap.
348  * @buf: pointer to buffer containing string.
349  * @buflen: buffer size in bytes.  If string is smaller than this
350  *    then it must be terminated with a \0.
351  * @is_user: location of buffer, 0 indicates kernel space
352  * @maskp: pointer to bitmap array that will contain result.
353  * @nmaskbits: size of bitmap, in bits.
354  *
355  * Commas group hex digits into chunks.  Each chunk defines exactly 32
356  * bits of the resultant bitmask.  No chunk may specify a value larger
357  * than 32 bits (%-EOVERFLOW), and if a chunk specifies a smaller value
358  * then leading 0-bits are prepended.  %-EINVAL is returned for illegal
359  * characters and for grouping errors such as "1,,5", ",44", "," and "".
360  * Leading and trailing whitespace accepted, but not embedded whitespace.
361  */
362 int __bitmap_parse(const char *buf, unsigned int buflen,
363                 int is_user, unsigned long *maskp,
364                 int nmaskbits)
365 {
366         int c, old_c, totaldigits, ndigits, nchunks, nbits;
367         u32 chunk;
368         const char __user __force *ubuf = (const char __user __force *)buf;
369
370         bitmap_zero(maskp, nmaskbits);
371
372         nchunks = nbits = totaldigits = c = 0;
373         do {
374                 chunk = 0;
375                 ndigits = totaldigits;
376
377                 /* Get the next chunk of the bitmap */
378                 while (buflen) {
379                         old_c = c;
380                         if (is_user) {
381                                 if (__get_user(c, ubuf++))
382                                         return -EFAULT;
383                         }
384                         else
385                                 c = *buf++;
386                         buflen--;
387                         if (isspace(c))
388                                 continue;
389
390                         /*
391                          * If the last character was a space and the current
392                          * character isn't '\0', we've got embedded whitespace.
393                          * This is a no-no, so throw an error.
394                          */
395                         if (totaldigits && c && isspace(old_c))
396                                 return -EINVAL;
397
398                         /* A '\0' or a ',' signal the end of the chunk */
399                         if (c == '\0' || c == ',')
400                                 break;
401
402                         if (!isxdigit(c))
403                                 return -EINVAL;
404
405                         /*
406                          * Make sure there are at least 4 free bits in 'chunk'.
407                          * If not, this hexdigit will overflow 'chunk', so
408                          * throw an error.
409                          */
410                         if (chunk & ~((1UL << (CHUNKSZ - 4)) - 1))
411                                 return -EOVERFLOW;
412
413                         chunk = (chunk << 4) | hex_to_bin(c);
414                         totaldigits++;
415                 }
416                 if (ndigits == totaldigits)
417                         return -EINVAL;
418                 if (nchunks == 0 && chunk == 0)
419                         continue;
420
421                 __bitmap_shift_left(maskp, maskp, CHUNKSZ, nmaskbits);
422                 *maskp |= chunk;
423                 nchunks++;
424                 nbits += (nchunks == 1) ? nbits_to_hold_value(chunk) : CHUNKSZ;
425                 if (nbits > nmaskbits)
426                         return -EOVERFLOW;
427         } while (buflen && c == ',');
428
429         return 0;
430 }
431 EXPORT_SYMBOL(__bitmap_parse);
432
433 /**
434  * bitmap_parse_user - convert an ASCII hex string in a user buffer into a bitmap
435  *
436  * @ubuf: pointer to user buffer containing string.
437  * @ulen: buffer size in bytes.  If string is smaller than this
438  *    then it must be terminated with a \0.
439  * @maskp: pointer to bitmap array that will contain result.
440  * @nmaskbits: size of bitmap, in bits.
441  *
442  * Wrapper for __bitmap_parse(), providing it with user buffer.
443  *
444  * We cannot have this as an inline function in bitmap.h because it needs
445  * linux/uaccess.h to get the access_ok() declaration and this causes
446  * cyclic dependencies.
447  */
448 int bitmap_parse_user(const char __user *ubuf,
449                         unsigned int ulen, unsigned long *maskp,
450                         int nmaskbits)
451 {
452         if (!access_ok(VERIFY_READ, ubuf, ulen))
453                 return -EFAULT;
454         return __bitmap_parse((const char __force *)ubuf,
455                                 ulen, 1, maskp, nmaskbits);
456
457 }
458 EXPORT_SYMBOL(bitmap_parse_user);
459
460 /**
461  * bitmap_print_to_pagebuf - convert bitmap to list or hex format ASCII string
462  * @list: indicates whether the bitmap must be list
463  * @buf: page aligned buffer into which string is placed
464  * @maskp: pointer to bitmap to convert
465  * @nmaskbits: size of bitmap, in bits
466  *
467  * Output format is a comma-separated list of decimal numbers and
468  * ranges if list is specified or hex digits grouped into comma-separated
469  * sets of 8 digits/set. Returns the number of characters written to buf.
470  *
471  * It is assumed that @buf is a pointer into a PAGE_SIZE area and that
472  * sufficient storage remains at @buf to accommodate the
473  * bitmap_print_to_pagebuf() output.
474  */
475 int bitmap_print_to_pagebuf(bool list, char *buf, const unsigned long *maskp,
476                             int nmaskbits)
477 {
478         ptrdiff_t len = PTR_ALIGN(buf + PAGE_SIZE - 1, PAGE_SIZE) - buf;
479         int n = 0;
480
481         if (len > 1)
482                 n = list ? scnprintf(buf, len, "%*pbl\n", nmaskbits, maskp) :
483                            scnprintf(buf, len, "%*pb\n", nmaskbits, maskp);
484         return n;
485 }
486 EXPORT_SYMBOL(bitmap_print_to_pagebuf);
487
488 /**
489  * __bitmap_parselist - convert list format ASCII string to bitmap
490  * @buf: read nul-terminated user string from this buffer
491  * @buflen: buffer size in bytes.  If string is smaller than this
492  *    then it must be terminated with a \0.
493  * @is_user: location of buffer, 0 indicates kernel space
494  * @maskp: write resulting mask here
495  * @nmaskbits: number of bits in mask to be written
496  *
497  * Input format is a comma-separated list of decimal numbers and
498  * ranges.  Consecutively set bits are shown as two hyphen-separated
499  * decimal numbers, the smallest and largest bit numbers set in
500  * the range.
501  * Optionally each range can be postfixed to denote that only parts of it
502  * should be set. The range will divided to groups of specific size.
503  * From each group will be used only defined amount of bits.
504  * Syntax: range:used_size/group_size
505  * Example: 0-1023:2/256 ==> 0,1,256,257,512,513,768,769
506  *
507  * Returns: 0 on success, -errno on invalid input strings. Error values:
508  *
509  *   - ``-EINVAL``: second number in range smaller than first
510  *   - ``-EINVAL``: invalid character in string
511  *   - ``-ERANGE``: bit number specified too large for mask
512  */
513 static int __bitmap_parselist(const char *buf, unsigned int buflen,
514                 int is_user, unsigned long *maskp,
515                 int nmaskbits)
516 {
517         unsigned int a, b, old_a, old_b;
518         unsigned int group_size, used_size, off;
519         int c, old_c, totaldigits, ndigits;
520         const char __user __force *ubuf = (const char __user __force *)buf;
521         int at_start, in_range, in_partial_range;
522
523         totaldigits = c = 0;
524         old_a = old_b = 0;
525         group_size = used_size = 0;
526         bitmap_zero(maskp, nmaskbits);
527         do {
528                 at_start = 1;
529                 in_range = 0;
530                 in_partial_range = 0;
531                 a = b = 0;
532                 ndigits = totaldigits;
533
534                 /* Get the next cpu# or a range of cpu#'s */
535                 while (buflen) {
536                         old_c = c;
537                         if (is_user) {
538                                 if (__get_user(c, ubuf++))
539                                         return -EFAULT;
540                         } else
541                                 c = *buf++;
542                         buflen--;
543                         if (isspace(c))
544                                 continue;
545
546                         /* A '\0' or a ',' signal the end of a cpu# or range */
547                         if (c == '\0' || c == ',')
548                                 break;
549                         /*
550                         * whitespaces between digits are not allowed,
551                         * but it's ok if whitespaces are on head or tail.
552                         * when old_c is whilespace,
553                         * if totaldigits == ndigits, whitespace is on head.
554                         * if whitespace is on tail, it should not run here.
555                         * as c was ',' or '\0',
556                         * the last code line has broken the current loop.
557                         */
558                         if ((totaldigits != ndigits) && isspace(old_c))
559                                 return -EINVAL;
560
561                         if (c == '/') {
562                                 used_size = a;
563                                 at_start = 1;
564                                 in_range = 0;
565                                 a = b = 0;
566                                 continue;
567                         }
568
569                         if (c == ':') {
570                                 old_a = a;
571                                 old_b = b;
572                                 at_start = 1;
573                                 in_range = 0;
574                                 in_partial_range = 1;
575                                 a = b = 0;
576                                 continue;
577                         }
578
579                         if (c == '-') {
580                                 if (at_start || in_range)
581                                         return -EINVAL;
582                                 b = 0;
583                                 in_range = 1;
584                                 at_start = 1;
585                                 continue;
586                         }
587
588                         if (!isdigit(c))
589                                 return -EINVAL;
590
591                         b = b * 10 + (c - '0');
592                         if (!in_range)
593                                 a = b;
594                         at_start = 0;
595                         totaldigits++;
596                 }
597                 if (ndigits == totaldigits)
598                         continue;
599                 if (in_partial_range) {
600                         group_size = a;
601                         a = old_a;
602                         b = old_b;
603                         old_a = old_b = 0;
604                 } else {
605                         used_size = group_size = b - a + 1;
606                 }
607                 /* if no digit is after '-', it's wrong*/
608                 if (at_start && in_range)
609                         return -EINVAL;
610                 if (!(a <= b) || !(used_size <= group_size))
611                         return -EINVAL;
612                 if (b >= nmaskbits)
613                         return -ERANGE;
614                 while (a <= b) {
615                         off = min(b - a + 1, used_size);
616                         bitmap_set(maskp, a, off);
617                         a += group_size;
618                 }
619         } while (buflen && c == ',');
620         return 0;
621 }
622
623 int bitmap_parselist(const char *bp, unsigned long *maskp, int nmaskbits)
624 {
625         char *nl  = strchrnul(bp, '\n');
626         int len = nl - bp;
627
628         return __bitmap_parselist(bp, len, 0, maskp, nmaskbits);
629 }
630 EXPORT_SYMBOL(bitmap_parselist);
631
632
633 /**
634  * bitmap_parselist_user()
635  *
636  * @ubuf: pointer to user buffer containing string.
637  * @ulen: buffer size in bytes.  If string is smaller than this
638  *    then it must be terminated with a \0.
639  * @maskp: pointer to bitmap array that will contain result.
640  * @nmaskbits: size of bitmap, in bits.
641  *
642  * Wrapper for bitmap_parselist(), providing it with user buffer.
643  *
644  * We cannot have this as an inline function in bitmap.h because it needs
645  * linux/uaccess.h to get the access_ok() declaration and this causes
646  * cyclic dependencies.
647  */
648 int bitmap_parselist_user(const char __user *ubuf,
649                         unsigned int ulen, unsigned long *maskp,
650                         int nmaskbits)
651 {
652         if (!access_ok(VERIFY_READ, ubuf, ulen))
653                 return -EFAULT;
654         return __bitmap_parselist((const char __force *)ubuf,
655                                         ulen, 1, maskp, nmaskbits);
656 }
657 EXPORT_SYMBOL(bitmap_parselist_user);
658
659
660 /**
661  * bitmap_pos_to_ord - find ordinal of set bit at given position in bitmap
662  *      @buf: pointer to a bitmap
663  *      @pos: a bit position in @buf (0 <= @pos < @nbits)
664  *      @nbits: number of valid bit positions in @buf
665  *
666  * Map the bit at position @pos in @buf (of length @nbits) to the
667  * ordinal of which set bit it is.  If it is not set or if @pos
668  * is not a valid bit position, map to -1.
669  *
670  * If for example, just bits 4 through 7 are set in @buf, then @pos
671  * values 4 through 7 will get mapped to 0 through 3, respectively,
672  * and other @pos values will get mapped to -1.  When @pos value 7
673  * gets mapped to (returns) @ord value 3 in this example, that means
674  * that bit 7 is the 3rd (starting with 0th) set bit in @buf.
675  *
676  * The bit positions 0 through @bits are valid positions in @buf.
677  */
678 static int bitmap_pos_to_ord(const unsigned long *buf, unsigned int pos, unsigned int nbits)
679 {
680         if (pos >= nbits || !test_bit(pos, buf))
681                 return -1;
682
683         return __bitmap_weight(buf, pos);
684 }
685
686 /**
687  * bitmap_ord_to_pos - find position of n-th set bit in bitmap
688  *      @buf: pointer to bitmap
689  *      @ord: ordinal bit position (n-th set bit, n >= 0)
690  *      @nbits: number of valid bit positions in @buf
691  *
692  * Map the ordinal offset of bit @ord in @buf to its position in @buf.
693  * Value of @ord should be in range 0 <= @ord < weight(buf). If @ord
694  * >= weight(buf), returns @nbits.
695  *
696  * If for example, just bits 4 through 7 are set in @buf, then @ord
697  * values 0 through 3 will get mapped to 4 through 7, respectively,
698  * and all other @ord values returns @nbits.  When @ord value 3
699  * gets mapped to (returns) @pos value 7 in this example, that means
700  * that the 3rd set bit (starting with 0th) is at position 7 in @buf.
701  *
702  * The bit positions 0 through @nbits-1 are valid positions in @buf.
703  */
704 unsigned int bitmap_ord_to_pos(const unsigned long *buf, unsigned int ord, unsigned int nbits)
705 {
706         unsigned int pos;
707
708         for (pos = find_first_bit(buf, nbits);
709              pos < nbits && ord;
710              pos = find_next_bit(buf, nbits, pos + 1))
711                 ord--;
712
713         return pos;
714 }
715
716 /**
717  * bitmap_remap - Apply map defined by a pair of bitmaps to another bitmap
718  *      @dst: remapped result
719  *      @src: subset to be remapped
720  *      @old: defines domain of map
721  *      @new: defines range of map
722  *      @nbits: number of bits in each of these bitmaps
723  *
724  * Let @old and @new define a mapping of bit positions, such that
725  * whatever position is held by the n-th set bit in @old is mapped
726  * to the n-th set bit in @new.  In the more general case, allowing
727  * for the possibility that the weight 'w' of @new is less than the
728  * weight of @old, map the position of the n-th set bit in @old to
729  * the position of the m-th set bit in @new, where m == n % w.
730  *
731  * If either of the @old and @new bitmaps are empty, or if @src and
732  * @dst point to the same location, then this routine copies @src
733  * to @dst.
734  *
735  * The positions of unset bits in @old are mapped to themselves
736  * (the identify map).
737  *
738  * Apply the above specified mapping to @src, placing the result in
739  * @dst, clearing any bits previously set in @dst.
740  *
741  * For example, lets say that @old has bits 4 through 7 set, and
742  * @new has bits 12 through 15 set.  This defines the mapping of bit
743  * position 4 to 12, 5 to 13, 6 to 14 and 7 to 15, and of all other
744  * bit positions unchanged.  So if say @src comes into this routine
745  * with bits 1, 5 and 7 set, then @dst should leave with bits 1,
746  * 13 and 15 set.
747  */
748 void bitmap_remap(unsigned long *dst, const unsigned long *src,
749                 const unsigned long *old, const unsigned long *new,
750                 unsigned int nbits)
751 {
752         unsigned int oldbit, w;
753
754         if (dst == src)         /* following doesn't handle inplace remaps */
755                 return;
756         bitmap_zero(dst, nbits);
757
758         w = bitmap_weight(new, nbits);
759         for_each_set_bit(oldbit, src, nbits) {
760                 int n = bitmap_pos_to_ord(old, oldbit, nbits);
761
762                 if (n < 0 || w == 0)
763                         set_bit(oldbit, dst);   /* identity map */
764                 else
765                         set_bit(bitmap_ord_to_pos(new, n % w, nbits), dst);
766         }
767 }
768 EXPORT_SYMBOL(bitmap_remap);
769
770 /**
771  * bitmap_bitremap - Apply map defined by a pair of bitmaps to a single bit
772  *      @oldbit: bit position to be mapped
773  *      @old: defines domain of map
774  *      @new: defines range of map
775  *      @bits: number of bits in each of these bitmaps
776  *
777  * Let @old and @new define a mapping of bit positions, such that
778  * whatever position is held by the n-th set bit in @old is mapped
779  * to the n-th set bit in @new.  In the more general case, allowing
780  * for the possibility that the weight 'w' of @new is less than the
781  * weight of @old, map the position of the n-th set bit in @old to
782  * the position of the m-th set bit in @new, where m == n % w.
783  *
784  * The positions of unset bits in @old are mapped to themselves
785  * (the identify map).
786  *
787  * Apply the above specified mapping to bit position @oldbit, returning
788  * the new bit position.
789  *
790  * For example, lets say that @old has bits 4 through 7 set, and
791  * @new has bits 12 through 15 set.  This defines the mapping of bit
792  * position 4 to 12, 5 to 13, 6 to 14 and 7 to 15, and of all other
793  * bit positions unchanged.  So if say @oldbit is 5, then this routine
794  * returns 13.
795  */
796 int bitmap_bitremap(int oldbit, const unsigned long *old,
797                                 const unsigned long *new, int bits)
798 {
799         int w = bitmap_weight(new, bits);
800         int n = bitmap_pos_to_ord(old, oldbit, bits);
801         if (n < 0 || w == 0)
802                 return oldbit;
803         else
804                 return bitmap_ord_to_pos(new, n % w, bits);
805 }
806 EXPORT_SYMBOL(bitmap_bitremap);
807
808 /**
809  * bitmap_onto - translate one bitmap relative to another
810  *      @dst: resulting translated bitmap
811  *      @orig: original untranslated bitmap
812  *      @relmap: bitmap relative to which translated
813  *      @bits: number of bits in each of these bitmaps
814  *
815  * Set the n-th bit of @dst iff there exists some m such that the
816  * n-th bit of @relmap is set, the m-th bit of @orig is set, and
817  * the n-th bit of @relmap is also the m-th _set_ bit of @relmap.
818  * (If you understood the previous sentence the first time your
819  * read it, you're overqualified for your current job.)
820  *
821  * In other words, @orig is mapped onto (surjectively) @dst,
822  * using the map { <n, m> | the n-th bit of @relmap is the
823  * m-th set bit of @relmap }.
824  *
825  * Any set bits in @orig above bit number W, where W is the
826  * weight of (number of set bits in) @relmap are mapped nowhere.
827  * In particular, if for all bits m set in @orig, m >= W, then
828  * @dst will end up empty.  In situations where the possibility
829  * of such an empty result is not desired, one way to avoid it is
830  * to use the bitmap_fold() operator, below, to first fold the
831  * @orig bitmap over itself so that all its set bits x are in the
832  * range 0 <= x < W.  The bitmap_fold() operator does this by
833  * setting the bit (m % W) in @dst, for each bit (m) set in @orig.
834  *
835  * Example [1] for bitmap_onto():
836  *  Let's say @relmap has bits 30-39 set, and @orig has bits
837  *  1, 3, 5, 7, 9 and 11 set.  Then on return from this routine,
838  *  @dst will have bits 31, 33, 35, 37 and 39 set.
839  *
840  *  When bit 0 is set in @orig, it means turn on the bit in
841  *  @dst corresponding to whatever is the first bit (if any)
842  *  that is turned on in @relmap.  Since bit 0 was off in the
843  *  above example, we leave off that bit (bit 30) in @dst.
844  *
845  *  When bit 1 is set in @orig (as in the above example), it
846  *  means turn on the bit in @dst corresponding to whatever
847  *  is the second bit that is turned on in @relmap.  The second
848  *  bit in @relmap that was turned on in the above example was
849  *  bit 31, so we turned on bit 31 in @dst.
850  *
851  *  Similarly, we turned on bits 33, 35, 37 and 39 in @dst,
852  *  because they were the 4th, 6th, 8th and 10th set bits
853  *  set in @relmap, and the 4th, 6th, 8th and 10th bits of
854  *  @orig (i.e. bits 3, 5, 7 and 9) were also set.
855  *
856  *  When bit 11 is set in @orig, it means turn on the bit in
857  *  @dst corresponding to whatever is the twelfth bit that is
858  *  turned on in @relmap.  In the above example, there were
859  *  only ten bits turned on in @relmap (30..39), so that bit
860  *  11 was set in @orig had no affect on @dst.
861  *
862  * Example [2] for bitmap_fold() + bitmap_onto():
863  *  Let's say @relmap has these ten bits set::
864  *
865  *              40 41 42 43 45 48 53 61 74 95
866  *
867  *  (for the curious, that's 40 plus the first ten terms of the
868  *  Fibonacci sequence.)
869  *
870  *  Further lets say we use the following code, invoking
871  *  bitmap_fold() then bitmap_onto, as suggested above to
872  *  avoid the possibility of an empty @dst result::
873  *
874  *      unsigned long *tmp;     // a temporary bitmap's bits
875  *
876  *      bitmap_fold(tmp, orig, bitmap_weight(relmap, bits), bits);
877  *      bitmap_onto(dst, tmp, relmap, bits);
878  *
879  *  Then this table shows what various values of @dst would be, for
880  *  various @orig's.  I list the zero-based positions of each set bit.
881  *  The tmp column shows the intermediate result, as computed by
882  *  using bitmap_fold() to fold the @orig bitmap modulo ten
883  *  (the weight of @relmap):
884  *
885  *      =============== ============== =================
886  *      @orig           tmp            @dst
887  *      0                0             40
888  *      1                1             41
889  *      9                9             95
890  *      10               0             40 [#f1]_
891  *      1 3 5 7          1 3 5 7       41 43 48 61
892  *      0 1 2 3 4        0 1 2 3 4     40 41 42 43 45
893  *      0 9 18 27        0 9 8 7       40 61 74 95
894  *      0 10 20 30       0             40
895  *      0 11 22 33       0 1 2 3       40 41 42 43
896  *      0 12 24 36       0 2 4 6       40 42 45 53
897  *      78 102 211       1 2 8         41 42 74 [#f1]_
898  *      =============== ============== =================
899  *
900  * .. [#f1]
901  *
902  *     For these marked lines, if we hadn't first done bitmap_fold()
903  *     into tmp, then the @dst result would have been empty.
904  *
905  * If either of @orig or @relmap is empty (no set bits), then @dst
906  * will be returned empty.
907  *
908  * If (as explained above) the only set bits in @orig are in positions
909  * m where m >= W, (where W is the weight of @relmap) then @dst will
910  * once again be returned empty.
911  *
912  * All bits in @dst not set by the above rule are cleared.
913  */
914 void bitmap_onto(unsigned long *dst, const unsigned long *orig,
915                         const unsigned long *relmap, unsigned int bits)
916 {
917         unsigned int n, m;      /* same meaning as in above comment */
918
919         if (dst == orig)        /* following doesn't handle inplace mappings */
920                 return;
921         bitmap_zero(dst, bits);
922
923         /*
924          * The following code is a more efficient, but less
925          * obvious, equivalent to the loop:
926          *      for (m = 0; m < bitmap_weight(relmap, bits); m++) {
927          *              n = bitmap_ord_to_pos(orig, m, bits);
928          *              if (test_bit(m, orig))
929          *                      set_bit(n, dst);
930          *      }
931          */
932
933         m = 0;
934         for_each_set_bit(n, relmap, bits) {
935                 /* m == bitmap_pos_to_ord(relmap, n, bits) */
936                 if (test_bit(m, orig))
937                         set_bit(n, dst);
938                 m++;
939         }
940 }
941 EXPORT_SYMBOL(bitmap_onto);
942
943 /**
944  * bitmap_fold - fold larger bitmap into smaller, modulo specified size
945  *      @dst: resulting smaller bitmap
946  *      @orig: original larger bitmap
947  *      @sz: specified size
948  *      @nbits: number of bits in each of these bitmaps
949  *
950  * For each bit oldbit in @orig, set bit oldbit mod @sz in @dst.
951  * Clear all other bits in @dst.  See further the comment and
952  * Example [2] for bitmap_onto() for why and how to use this.
953  */
954 void bitmap_fold(unsigned long *dst, const unsigned long *orig,
955                         unsigned int sz, unsigned int nbits)
956 {
957         unsigned int oldbit;
958
959         if (dst == orig)        /* following doesn't handle inplace mappings */
960                 return;
961         bitmap_zero(dst, nbits);
962
963         for_each_set_bit(oldbit, orig, nbits)
964                 set_bit(oldbit % sz, dst);
965 }
966 EXPORT_SYMBOL(bitmap_fold);
967
968 /*
969  * Common code for bitmap_*_region() routines.
970  *      bitmap: array of unsigned longs corresponding to the bitmap
971  *      pos: the beginning of the region
972  *      order: region size (log base 2 of number of bits)
973  *      reg_op: operation(s) to perform on that region of bitmap
974  *
975  * Can set, verify and/or release a region of bits in a bitmap,
976  * depending on which combination of REG_OP_* flag bits is set.
977  *
978  * A region of a bitmap is a sequence of bits in the bitmap, of
979  * some size '1 << order' (a power of two), aligned to that same
980  * '1 << order' power of two.
981  *
982  * Returns 1 if REG_OP_ISFREE succeeds (region is all zero bits).
983  * Returns 0 in all other cases and reg_ops.
984  */
985
986 enum {
987         REG_OP_ISFREE,          /* true if region is all zero bits */
988         REG_OP_ALLOC,           /* set all bits in region */
989         REG_OP_RELEASE,         /* clear all bits in region */
990 };
991
992 static int __reg_op(unsigned long *bitmap, unsigned int pos, int order, int reg_op)
993 {
994         int nbits_reg;          /* number of bits in region */
995         int index;              /* index first long of region in bitmap */
996         int offset;             /* bit offset region in bitmap[index] */
997         int nlongs_reg;         /* num longs spanned by region in bitmap */
998         int nbitsinlong;        /* num bits of region in each spanned long */
999         unsigned long mask;     /* bitmask for one long of region */
1000         int i;                  /* scans bitmap by longs */
1001         int ret = 0;            /* return value */
1002
1003         /*
1004          * Either nlongs_reg == 1 (for small orders that fit in one long)
1005          * or (offset == 0 && mask == ~0UL) (for larger multiword orders.)
1006          */
1007         nbits_reg = 1 << order;
1008         index = pos / BITS_PER_LONG;
1009         offset = pos - (index * BITS_PER_LONG);
1010         nlongs_reg = BITS_TO_LONGS(nbits_reg);
1011         nbitsinlong = min(nbits_reg,  BITS_PER_LONG);
1012
1013         /*
1014          * Can't do "mask = (1UL << nbitsinlong) - 1", as that
1015          * overflows if nbitsinlong == BITS_PER_LONG.
1016          */
1017         mask = (1UL << (nbitsinlong - 1));
1018         mask += mask - 1;
1019         mask <<= offset;
1020
1021         switch (reg_op) {
1022         case REG_OP_ISFREE:
1023                 for (i = 0; i < nlongs_reg; i++) {
1024                         if (bitmap[index + i] & mask)
1025                                 goto done;
1026                 }
1027                 ret = 1;        /* all bits in region free (zero) */
1028                 break;
1029
1030         case REG_OP_ALLOC:
1031                 for (i = 0; i < nlongs_reg; i++)
1032                         bitmap[index + i] |= mask;
1033                 break;
1034
1035         case REG_OP_RELEASE:
1036                 for (i = 0; i < nlongs_reg; i++)
1037                         bitmap[index + i] &= ~mask;
1038                 break;
1039         }
1040 done:
1041         return ret;
1042 }
1043
1044 /**
1045  * bitmap_find_free_region - find a contiguous aligned mem region
1046  *      @bitmap: array of unsigned longs corresponding to the bitmap
1047  *      @bits: number of bits in the bitmap
1048  *      @order: region size (log base 2 of number of bits) to find
1049  *
1050  * Find a region of free (zero) bits in a @bitmap of @bits bits and
1051  * allocate them (set them to one).  Only consider regions of length
1052  * a power (@order) of two, aligned to that power of two, which
1053  * makes the search algorithm much faster.
1054  *
1055  * Return the bit offset in bitmap of the allocated region,
1056  * or -errno on failure.
1057  */
1058 int bitmap_find_free_region(unsigned long *bitmap, unsigned int bits, int order)
1059 {
1060         unsigned int pos, end;          /* scans bitmap by regions of size order */
1061
1062         for (pos = 0 ; (end = pos + (1U << order)) <= bits; pos = end) {
1063                 if (!__reg_op(bitmap, pos, order, REG_OP_ISFREE))
1064                         continue;
1065                 __reg_op(bitmap, pos, order, REG_OP_ALLOC);
1066                 return pos;
1067         }
1068         return -ENOMEM;
1069 }
1070 EXPORT_SYMBOL(bitmap_find_free_region);
1071
1072 /**
1073  * bitmap_release_region - release allocated bitmap region
1074  *      @bitmap: array of unsigned longs corresponding to the bitmap
1075  *      @pos: beginning of bit region to release
1076  *      @order: region size (log base 2 of number of bits) to release
1077  *
1078  * This is the complement to __bitmap_find_free_region() and releases
1079  * the found region (by clearing it in the bitmap).
1080  *
1081  * No return value.
1082  */
1083 void bitmap_release_region(unsigned long *bitmap, unsigned int pos, int order)
1084 {
1085         __reg_op(bitmap, pos, order, REG_OP_RELEASE);
1086 }
1087 EXPORT_SYMBOL(bitmap_release_region);
1088
1089 /**
1090  * bitmap_allocate_region - allocate bitmap region
1091  *      @bitmap: array of unsigned longs corresponding to the bitmap
1092  *      @pos: beginning of bit region to allocate
1093  *      @order: region size (log base 2 of number of bits) to allocate
1094  *
1095  * Allocate (set bits in) a specified region of a bitmap.
1096  *
1097  * Return 0 on success, or %-EBUSY if specified region wasn't
1098  * free (not all bits were zero).
1099  */
1100 int bitmap_allocate_region(unsigned long *bitmap, unsigned int pos, int order)
1101 {
1102         if (!__reg_op(bitmap, pos, order, REG_OP_ISFREE))
1103                 return -EBUSY;
1104         return __reg_op(bitmap, pos, order, REG_OP_ALLOC);
1105 }
1106 EXPORT_SYMBOL(bitmap_allocate_region);
1107
1108 /**
1109  * bitmap_from_u32array - copy the contents of a u32 array of bits to bitmap
1110  *      @bitmap: array of unsigned longs, the destination bitmap, non NULL
1111  *      @nbits: number of bits in @bitmap
1112  *      @buf: array of u32 (in host byte order), the source bitmap, non NULL
1113  *      @nwords: number of u32 words in @buf
1114  *
1115  * copy min(nbits, 32*nwords) bits from @buf to @bitmap, remaining
1116  * bits between nword and nbits in @bitmap (if any) are cleared. In
1117  * last word of @bitmap, the bits beyond nbits (if any) are kept
1118  * unchanged.
1119  *
1120  * Return the number of bits effectively copied.
1121  */
1122 unsigned int
1123 bitmap_from_u32array(unsigned long *bitmap, unsigned int nbits,
1124                      const u32 *buf, unsigned int nwords)
1125 {
1126         unsigned int dst_idx, src_idx;
1127
1128         for (src_idx = dst_idx = 0; dst_idx < BITS_TO_LONGS(nbits); ++dst_idx) {
1129                 unsigned long part = 0;
1130
1131                 if (src_idx < nwords)
1132                         part = buf[src_idx++];
1133
1134 #if BITS_PER_LONG == 64
1135                 if (src_idx < nwords)
1136                         part |= ((unsigned long) buf[src_idx++]) << 32;
1137 #endif
1138
1139                 if (dst_idx < nbits/BITS_PER_LONG)
1140                         bitmap[dst_idx] = part;
1141                 else {
1142                         unsigned long mask = BITMAP_LAST_WORD_MASK(nbits);
1143
1144                         bitmap[dst_idx] = (bitmap[dst_idx] & ~mask)
1145                                 | (part & mask);
1146                 }
1147         }
1148
1149         return min_t(unsigned int, nbits, 32*nwords);
1150 }
1151 EXPORT_SYMBOL(bitmap_from_u32array);
1152
1153 /**
1154  * bitmap_to_u32array - copy the contents of bitmap to a u32 array of bits
1155  *      @buf: array of u32 (in host byte order), the dest bitmap, non NULL
1156  *      @nwords: number of u32 words in @buf
1157  *      @bitmap: array of unsigned longs, the source bitmap, non NULL
1158  *      @nbits: number of bits in @bitmap
1159  *
1160  * copy min(nbits, 32*nwords) bits from @bitmap to @buf. Remaining
1161  * bits after nbits in @buf (if any) are cleared.
1162  *
1163  * Return the number of bits effectively copied.
1164  */
1165 unsigned int
1166 bitmap_to_u32array(u32 *buf, unsigned int nwords,
1167                    const unsigned long *bitmap, unsigned int nbits)
1168 {
1169         unsigned int dst_idx = 0, src_idx = 0;
1170
1171         while (dst_idx < nwords) {
1172                 unsigned long part = 0;
1173
1174                 if (src_idx < BITS_TO_LONGS(nbits)) {
1175                         part = bitmap[src_idx];
1176                         if (src_idx >= nbits/BITS_PER_LONG)
1177                                 part &= BITMAP_LAST_WORD_MASK(nbits);
1178                         src_idx++;
1179                 }
1180
1181                 buf[dst_idx++] = part & 0xffffffffUL;
1182
1183 #if BITS_PER_LONG == 64
1184                 if (dst_idx < nwords) {
1185                         part >>= 32;
1186                         buf[dst_idx++] = part & 0xffffffffUL;
1187                 }
1188 #endif
1189         }
1190
1191         return min_t(unsigned int, nbits, 32*nwords);
1192 }
1193 EXPORT_SYMBOL(bitmap_to_u32array);
1194
1195 /**
1196  * bitmap_copy_le - copy a bitmap, putting the bits into little-endian order.
1197  * @dst:   destination buffer
1198  * @src:   bitmap to copy
1199  * @nbits: number of bits in the bitmap
1200  *
1201  * Require nbits % BITS_PER_LONG == 0.
1202  */
1203 #ifdef __BIG_ENDIAN
1204 void bitmap_copy_le(unsigned long *dst, const unsigned long *src, unsigned int nbits)
1205 {
1206         unsigned int i;
1207
1208         for (i = 0; i < nbits/BITS_PER_LONG; i++) {
1209                 if (BITS_PER_LONG == 64)
1210                         dst[i] = cpu_to_le64(src[i]);
1211                 else
1212                         dst[i] = cpu_to_le32(src[i]);
1213         }
1214 }
1215 EXPORT_SYMBOL(bitmap_copy_le);
1216 #endif