Merge branch 'master' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/linville/wirel...
[platform/adaptation/renesas_rcar/renesas_kernel.git] / lib / percpu_ida.c
1 /*
2  * Percpu IDA library
3  *
4  * Copyright (C) 2013 Datera, Inc. Kent Overstreet
5  *
6  * This program is free software; you can redistribute it and/or
7  * modify it under the terms of the GNU General Public License as
8  * published by the Free Software Foundation; either version 2, or (at
9  * your option) any later version.
10  *
11  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
12  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14  * General Public License for more details.
15  */
16
17 #include <linux/bitmap.h>
18 #include <linux/bitops.h>
19 #include <linux/bug.h>
20 #include <linux/err.h>
21 #include <linux/export.h>
22 #include <linux/hardirq.h>
23 #include <linux/idr.h>
24 #include <linux/init.h>
25 #include <linux/kernel.h>
26 #include <linux/percpu.h>
27 #include <linux/sched.h>
28 #include <linux/slab.h>
29 #include <linux/string.h>
30 #include <linux/spinlock.h>
31 #include <linux/percpu_ida.h>
32
33 struct percpu_ida_cpu {
34         /*
35          * Even though this is percpu, we need a lock for tag stealing by remote
36          * CPUs:
37          */
38         spinlock_t                      lock;
39
40         /* nr_free/freelist form a stack of free IDs */
41         unsigned                        nr_free;
42         unsigned                        freelist[];
43 };
44
45 static inline void move_tags(unsigned *dst, unsigned *dst_nr,
46                              unsigned *src, unsigned *src_nr,
47                              unsigned nr)
48 {
49         *src_nr -= nr;
50         memcpy(dst + *dst_nr, src + *src_nr, sizeof(unsigned) * nr);
51         *dst_nr += nr;
52 }
53
54 /*
55  * Try to steal tags from a remote cpu's percpu freelist.
56  *
57  * We first check how many percpu freelists have tags
58  *
59  * Then we iterate through the cpus until we find some tags - we don't attempt
60  * to find the "best" cpu to steal from, to keep cacheline bouncing to a
61  * minimum.
62  */
63 static inline void steal_tags(struct percpu_ida *pool,
64                               struct percpu_ida_cpu *tags)
65 {
66         unsigned cpus_have_tags, cpu = pool->cpu_last_stolen;
67         struct percpu_ida_cpu *remote;
68
69         for (cpus_have_tags = cpumask_weight(&pool->cpus_have_tags);
70              cpus_have_tags; cpus_have_tags--) {
71                 cpu = cpumask_next(cpu, &pool->cpus_have_tags);
72
73                 if (cpu >= nr_cpu_ids) {
74                         cpu = cpumask_first(&pool->cpus_have_tags);
75                         if (cpu >= nr_cpu_ids)
76                                 BUG();
77                 }
78
79                 pool->cpu_last_stolen = cpu;
80                 remote = per_cpu_ptr(pool->tag_cpu, cpu);
81
82                 cpumask_clear_cpu(cpu, &pool->cpus_have_tags);
83
84                 if (remote == tags)
85                         continue;
86
87                 spin_lock(&remote->lock);
88
89                 if (remote->nr_free) {
90                         memcpy(tags->freelist,
91                                remote->freelist,
92                                sizeof(unsigned) * remote->nr_free);
93
94                         tags->nr_free = remote->nr_free;
95                         remote->nr_free = 0;
96                 }
97
98                 spin_unlock(&remote->lock);
99
100                 if (tags->nr_free)
101                         break;
102         }
103 }
104
105 /*
106  * Pop up to IDA_PCPU_BATCH_MOVE IDs off the global freelist, and push them onto
107  * our percpu freelist:
108  */
109 static inline void alloc_global_tags(struct percpu_ida *pool,
110                                      struct percpu_ida_cpu *tags)
111 {
112         move_tags(tags->freelist, &tags->nr_free,
113                   pool->freelist, &pool->nr_free,
114                   min(pool->nr_free, pool->percpu_batch_size));
115 }
116
117 static inline unsigned alloc_local_tag(struct percpu_ida_cpu *tags)
118 {
119         int tag = -ENOSPC;
120
121         spin_lock(&tags->lock);
122         if (tags->nr_free)
123                 tag = tags->freelist[--tags->nr_free];
124         spin_unlock(&tags->lock);
125
126         return tag;
127 }
128
129 /**
130  * percpu_ida_alloc - allocate a tag
131  * @pool: pool to allocate from
132  * @state: task state for prepare_to_wait
133  *
134  * Returns a tag - an integer in the range [0..nr_tags) (passed to
135  * tag_pool_init()), or otherwise -ENOSPC on allocation failure.
136  *
137  * Safe to be called from interrupt context (assuming it isn't passed
138  * TASK_UNINTERRUPTIBLE | TASK_INTERRUPTIBLE, of course).
139  *
140  * @gfp indicates whether or not to wait until a free id is available (it's not
141  * used for internal memory allocations); thus if passed __GFP_WAIT we may sleep
142  * however long it takes until another thread frees an id (same semantics as a
143  * mempool).
144  *
145  * Will not fail if passed TASK_UNINTERRUPTIBLE | TASK_INTERRUPTIBLE.
146  */
147 int percpu_ida_alloc(struct percpu_ida *pool, int state)
148 {
149         DEFINE_WAIT(wait);
150         struct percpu_ida_cpu *tags;
151         unsigned long flags;
152         int tag;
153
154         local_irq_save(flags);
155         tags = this_cpu_ptr(pool->tag_cpu);
156
157         /* Fastpath */
158         tag = alloc_local_tag(tags);
159         if (likely(tag >= 0)) {
160                 local_irq_restore(flags);
161                 return tag;
162         }
163
164         while (1) {
165                 spin_lock(&pool->lock);
166
167                 /*
168                  * prepare_to_wait() must come before steal_tags(), in case
169                  * percpu_ida_free() on another cpu flips a bit in
170                  * cpus_have_tags
171                  *
172                  * global lock held and irqs disabled, don't need percpu lock
173                  */
174                 if (state != TASK_RUNNING)
175                         prepare_to_wait(&pool->wait, &wait, state);
176
177                 if (!tags->nr_free)
178                         alloc_global_tags(pool, tags);
179                 if (!tags->nr_free)
180                         steal_tags(pool, tags);
181
182                 if (tags->nr_free) {
183                         tag = tags->freelist[--tags->nr_free];
184                         if (tags->nr_free)
185                                 cpumask_set_cpu(smp_processor_id(),
186                                                 &pool->cpus_have_tags);
187                 }
188
189                 spin_unlock(&pool->lock);
190                 local_irq_restore(flags);
191
192                 if (tag >= 0 || state == TASK_RUNNING)
193                         break;
194
195                 if (signal_pending_state(state, current)) {
196                         tag = -ERESTARTSYS;
197                         break;
198                 }
199
200                 schedule();
201
202                 local_irq_save(flags);
203                 tags = this_cpu_ptr(pool->tag_cpu);
204         }
205         if (state != TASK_RUNNING)
206                 finish_wait(&pool->wait, &wait);
207
208         return tag;
209 }
210 EXPORT_SYMBOL_GPL(percpu_ida_alloc);
211
212 /**
213  * percpu_ida_free - free a tag
214  * @pool: pool @tag was allocated from
215  * @tag: a tag previously allocated with percpu_ida_alloc()
216  *
217  * Safe to be called from interrupt context.
218  */
219 void percpu_ida_free(struct percpu_ida *pool, unsigned tag)
220 {
221         struct percpu_ida_cpu *tags;
222         unsigned long flags;
223         unsigned nr_free;
224
225         BUG_ON(tag >= pool->nr_tags);
226
227         local_irq_save(flags);
228         tags = this_cpu_ptr(pool->tag_cpu);
229
230         spin_lock(&tags->lock);
231         tags->freelist[tags->nr_free++] = tag;
232
233         nr_free = tags->nr_free;
234         spin_unlock(&tags->lock);
235
236         if (nr_free == 1) {
237                 cpumask_set_cpu(smp_processor_id(),
238                                 &pool->cpus_have_tags);
239                 wake_up(&pool->wait);
240         }
241
242         if (nr_free == pool->percpu_max_size) {
243                 spin_lock(&pool->lock);
244
245                 /*
246                  * Global lock held and irqs disabled, don't need percpu
247                  * lock
248                  */
249                 if (tags->nr_free == pool->percpu_max_size) {
250                         move_tags(pool->freelist, &pool->nr_free,
251                                   tags->freelist, &tags->nr_free,
252                                   pool->percpu_batch_size);
253
254                         wake_up(&pool->wait);
255                 }
256                 spin_unlock(&pool->lock);
257         }
258
259         local_irq_restore(flags);
260 }
261 EXPORT_SYMBOL_GPL(percpu_ida_free);
262
263 /**
264  * percpu_ida_destroy - release a tag pool's resources
265  * @pool: pool to free
266  *
267  * Frees the resources allocated by percpu_ida_init().
268  */
269 void percpu_ida_destroy(struct percpu_ida *pool)
270 {
271         free_percpu(pool->tag_cpu);
272         free_pages((unsigned long) pool->freelist,
273                    get_order(pool->nr_tags * sizeof(unsigned)));
274 }
275 EXPORT_SYMBOL_GPL(percpu_ida_destroy);
276
277 /**
278  * percpu_ida_init - initialize a percpu tag pool
279  * @pool: pool to initialize
280  * @nr_tags: number of tags that will be available for allocation
281  *
282  * Initializes @pool so that it can be used to allocate tags - integers in the
283  * range [0, nr_tags). Typically, they'll be used by driver code to refer to a
284  * preallocated array of tag structures.
285  *
286  * Allocation is percpu, but sharding is limited by nr_tags - for best
287  * performance, the workload should not span more cpus than nr_tags / 128.
288  */
289 int __percpu_ida_init(struct percpu_ida *pool, unsigned long nr_tags,
290         unsigned long max_size, unsigned long batch_size)
291 {
292         unsigned i, cpu, order;
293
294         memset(pool, 0, sizeof(*pool));
295
296         init_waitqueue_head(&pool->wait);
297         spin_lock_init(&pool->lock);
298         pool->nr_tags = nr_tags;
299         pool->percpu_max_size = max_size;
300         pool->percpu_batch_size = batch_size;
301
302         /* Guard against overflow */
303         if (nr_tags > (unsigned) INT_MAX + 1) {
304                 pr_err("percpu_ida_init(): nr_tags too large\n");
305                 return -EINVAL;
306         }
307
308         order = get_order(nr_tags * sizeof(unsigned));
309         pool->freelist = (void *) __get_free_pages(GFP_KERNEL, order);
310         if (!pool->freelist)
311                 return -ENOMEM;
312
313         for (i = 0; i < nr_tags; i++)
314                 pool->freelist[i] = i;
315
316         pool->nr_free = nr_tags;
317
318         pool->tag_cpu = __alloc_percpu(sizeof(struct percpu_ida_cpu) +
319                                        pool->percpu_max_size * sizeof(unsigned),
320                                        sizeof(unsigned));
321         if (!pool->tag_cpu)
322                 goto err;
323
324         for_each_possible_cpu(cpu)
325                 spin_lock_init(&per_cpu_ptr(pool->tag_cpu, cpu)->lock);
326
327         return 0;
328 err:
329         percpu_ida_destroy(pool);
330         return -ENOMEM;
331 }
332 EXPORT_SYMBOL_GPL(__percpu_ida_init);
333
334 /**
335  * percpu_ida_for_each_free - iterate free ids of a pool
336  * @pool: pool to iterate
337  * @fn: interate callback function
338  * @data: parameter for @fn
339  *
340  * Note, this doesn't guarantee to iterate all free ids restrictly. Some free
341  * ids might be missed, some might be iterated duplicated, and some might
342  * be iterated and not free soon.
343  */
344 int percpu_ida_for_each_free(struct percpu_ida *pool, percpu_ida_cb fn,
345         void *data)
346 {
347         unsigned long flags;
348         struct percpu_ida_cpu *remote;
349         unsigned cpu, i, err = 0;
350
351         local_irq_save(flags);
352         for_each_possible_cpu(cpu) {
353                 remote = per_cpu_ptr(pool->tag_cpu, cpu);
354                 spin_lock(&remote->lock);
355                 for (i = 0; i < remote->nr_free; i++) {
356                         err = fn(remote->freelist[i], data);
357                         if (err)
358                                 break;
359                 }
360                 spin_unlock(&remote->lock);
361                 if (err)
362                         goto out;
363         }
364
365         spin_lock(&pool->lock);
366         for (i = 0; i < pool->nr_free; i++) {
367                 err = fn(pool->freelist[i], data);
368                 if (err)
369                         break;
370         }
371         spin_unlock(&pool->lock);
372 out:
373         local_irq_restore(flags);
374         return err;
375 }
376 EXPORT_SYMBOL_GPL(percpu_ida_for_each_free);
377
378 /**
379  * percpu_ida_free_tags - return free tags number of a specific cpu or global pool
380  * @pool: pool related
381  * @cpu: specific cpu or global pool if @cpu == nr_cpu_ids
382  *
383  * Note: this just returns a snapshot of free tags number.
384  */
385 unsigned percpu_ida_free_tags(struct percpu_ida *pool, int cpu)
386 {
387         struct percpu_ida_cpu *remote;
388         if (cpu == nr_cpu_ids)
389                 return pool->nr_free;
390         remote = per_cpu_ptr(pool->tag_cpu, cpu);
391         return remote->nr_free;
392 }
393 EXPORT_SYMBOL_GPL(percpu_ida_free_tags);