lib/radix-tree.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
   2 /*
   3  * Copyright (C) 2001 Momchil Velikov
   4  * Portions Copyright (C) 2001 Christoph Hellwig
   5  * Copyright (C) 2005 SGI, Christoph Lameter
   6  * Copyright (C) 2006 Nick Piggin
   7  * Copyright (C) 2012 Konstantin Khlebnikov
   8  * Copyright (C) 2016 Intel, Matthew Wilcox
   9  * Copyright (C) 2016 Intel, Ross Zwisler
  10  */
  11
  12 #include <linux/bitmap.h>
  13 #include <linux/bitops.h>
  14 #include <linux/bug.h>
  15 #include <linux/cpu.h>
  16 #include <linux/errno.h>
  17 #include <linux/export.h>
  18 #include <linux/idr.h>
  19 #include <linux/init.h>
  20 #include <linux/kernel.h>
  21 #include <linux/kmemleak.h>
  22 #include <linux/percpu.h>
  23 #include <linux/preempt.h>              /* in_interrupt() */
  24 #include <linux/radix-tree.h>
  25 #include <linux/rcupdate.h>
  26 #include <linux/slab.h>
  27 #include <linux/string.h>
  28 #include <linux/xarray.h>
  29
  30 /*
  31  * Radix tree node cache.
  32  */
  33 struct kmem_cache *radix_tree_node_cachep;
  34
  35 /*
  36  * The radix tree is variable-height, so an insert operation not only has
  37  * to build the branch to its corresponding item, it also has to build the
  38  * branch to existing items if the size has to be increased (by
  39  * radix_tree_extend).
  40  *
  41  * The worst case is a zero height tree with just a single item at index 0,
  42  * and then inserting an item at index ULONG_MAX. This requires 2 new branches
  43  * of RADIX_TREE_MAX_PATH size to be created, with only the root node shared.
  44  * Hence:
  45  */
  46 #define RADIX_TREE_PRELOAD_SIZE (RADIX_TREE_MAX_PATH * 2 - 1)
  47
  48 /*
  49  * The IDR does not have to be as high as the radix tree since it uses
  50  * signed integers, not unsigned longs.
  51  */
  52 #define IDR_INDEX_BITS          (8 /* CHAR_BIT */ * sizeof(int) - 1)
  53 #define IDR_MAX_PATH            (DIV_ROUND_UP(IDR_INDEX_BITS, \
  54                                                 RADIX_TREE_MAP_SHIFT))
  55 #define IDR_PRELOAD_SIZE        (IDR_MAX_PATH * 2 - 1)
  56
  57 /*
  58  * Per-cpu pool of preloaded nodes
  59  */
  60 DEFINE_PER_CPU(struct radix_tree_preload, radix_tree_preloads) = {
  61         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
  62 };
  63 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL_GPL(radix_tree_preloads);
  64
  65 static inline struct radix_tree_node *entry_to_node(void *ptr)
  66 {
  67         return (void *)((unsigned long)ptr & ~RADIX_TREE_INTERNAL_NODE);
  68 }
  69
  70 static inline void *node_to_entry(void *ptr)
  71 {
  72         return (void *)((unsigned long)ptr | RADIX_TREE_INTERNAL_NODE);
  73 }
  74
  75 #define RADIX_TREE_RETRY        XA_RETRY_ENTRY
  76
  77 static inline unsigned long
  78 get_slot_offset(const struct radix_tree_node *parent, void __rcu **slot)
  79 {
  80         return parent ? slot - parent->slots : 0;
  81 }
  82
  83 static unsigned int radix_tree_descend(const struct radix_tree_node *parent,
  84                         struct radix_tree_node **nodep, unsigned long index)
  85 {
  86         unsigned int offset = (index >> parent->shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK;
  87         void __rcu **entry = rcu_dereference_raw(parent->slots[offset]);
  88
  89         *nodep = (void *)entry;
  90         return offset;
  91 }
  92
  93 static inline gfp_t root_gfp_mask(const struct radix_tree_root *root)
  94 {
  95         return root->xa_flags & (__GFP_BITS_MASK & ~GFP_ZONEMASK);
  96 }
  97
  98 static inline void tag_set(struct radix_tree_node *node, unsigned int tag,
  99                 int offset)
 100 {
 101         __set_bit(offset, node->tags[tag]);
 102 }
 103
 104 static inline void tag_clear(struct radix_tree_node *node, unsigned int tag,
 105                 int offset)
 106 {
 107         __clear_bit(offset, node->tags[tag]);
 108 }
 109
 110 static inline int tag_get(const struct radix_tree_node *node, unsigned int tag,
 111                 int offset)
 112 {
 113         return test_bit(offset, node->tags[tag]);
 114 }
 115
 116 static inline void root_tag_set(struct radix_tree_root *root, unsigned tag)
 117 {
 118         root->xa_flags |= (__force gfp_t)(1 << (tag + ROOT_TAG_SHIFT));
 119 }
 120
 121 static inline void root_tag_clear(struct radix_tree_root *root, unsigned tag)
 122 {
 123         root->xa_flags &= (__force gfp_t)~(1 << (tag + ROOT_TAG_SHIFT));
 124 }
 125
 126 static inline void root_tag_clear_all(struct radix_tree_root *root)
 127 {
 128         root->xa_flags &= (__force gfp_t)((1 << ROOT_TAG_SHIFT) - 1);
 129 }
 130
 131 static inline int root_tag_get(const struct radix_tree_root *root, unsigned tag)
 132 {
 133         return (__force int)root->xa_flags & (1 << (tag + ROOT_TAG_SHIFT));
 134 }
 135
 136 static inline unsigned root_tags_get(const struct radix_tree_root *root)
 137 {
 138         return (__force unsigned)root->xa_flags >> ROOT_TAG_SHIFT;
 139 }
 140
 141 static inline bool is_idr(const struct radix_tree_root *root)
 142 {
 143         return !!(root->xa_flags & ROOT_IS_IDR);
 144 }
 145
 146 /*
 147  * Returns 1 if any slot in the node has this tag set.
 148  * Otherwise returns 0.
 149  */
 150 static inline int any_tag_set(const struct radix_tree_node *node,
 151                                                         unsigned int tag)
 152 {
 153         unsigned idx;
 154         for (idx = 0; idx < RADIX_TREE_TAG_LONGS; idx++) {
 155                 if (node->tags[tag][idx])
 156                         return 1;
 157         }
 158         return 0;
 159 }
 160
 161 static inline void all_tag_set(struct radix_tree_node *node, unsigned int tag)
 162 {
 163         bitmap_fill(node->tags[tag], RADIX_TREE_MAP_SIZE);
 164 }
 165
 166 /**
 167  * radix_tree_find_next_bit - find the next set bit in a memory region
 168  *
 169  * @node: where to begin the search
 170  * @tag: the tag index
 171  * @offset: the bitnumber to start searching at
 172  *
 173  * Unrollable variant of find_next_bit() for constant size arrays.
 174  * Tail bits starting from size to roundup(size, BITS_PER_LONG) must be zero.
 175  * Returns next bit offset, or size if nothing found.
 176  */
 177 static __always_inline unsigned long
 178 radix_tree_find_next_bit(struct radix_tree_node *node, unsigned int tag,
 179                          unsigned long offset)
 180 {
 181         const unsigned long *addr = node->tags[tag];
 182
 183         if (offset < RADIX_TREE_MAP_SIZE) {
 184                 unsigned long tmp;
 185
 186                 addr += offset / BITS_PER_LONG;
 187                 tmp = *addr >> (offset % BITS_PER_LONG);
 188                 if (tmp)
 189                         return __ffs(tmp) + offset;
 190                 offset = (offset + BITS_PER_LONG) & ~(BITS_PER_LONG - 1);
 191                 while (offset < RADIX_TREE_MAP_SIZE) {
 192                         tmp = *++addr;
 193                         if (tmp)
 194                                 return __ffs(tmp) + offset;
 195                         offset += BITS_PER_LONG;
 196                 }
 197         }
 198         return RADIX_TREE_MAP_SIZE;
 199 }
 200
 201 static unsigned int iter_offset(const struct radix_tree_iter *iter)
 202 {
 203         return iter->index & RADIX_TREE_MAP_MASK;
 204 }
 205
 206 /*
 207  * The maximum index which can be stored in a radix tree
 208  */
 209 static inline unsigned long shift_maxindex(unsigned int shift)
 210 {
 211         return (RADIX_TREE_MAP_SIZE << shift) - 1;
 212 }
 213
 214 static inline unsigned long node_maxindex(const struct radix_tree_node *node)
 215 {
 216         return shift_maxindex(node->shift);
 217 }
 218
 219 static unsigned long next_index(unsigned long index,
 220                                 const struct radix_tree_node *node,
 221                                 unsigned long offset)
 222 {
 223         return (index & ~node_maxindex(node)) + (offset << node->shift);
 224 }
 225
 226 /*
 227  * This assumes that the caller has performed appropriate preallocation, and
 228  * that the caller has pinned this thread of control to the current CPU.
 229  */
 230 static struct radix_tree_node *
 231 radix_tree_node_alloc(gfp_t gfp_mask, struct radix_tree_node *parent,
 232                         struct radix_tree_root *root,
 233                         unsigned int shift, unsigned int offset,
 234                         unsigned int count, unsigned int nr_values)
 235 {
 236         struct radix_tree_node *ret = NULL;
 237
 238         /*
 239          * Preload code isn't irq safe and it doesn't make sense to use
 240          * preloading during an interrupt anyway as all the allocations have
 241          * to be atomic. So just do normal allocation when in interrupt.
 242          */
 243         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) && !in_interrupt()) {
 244                 struct radix_tree_preload *rtp;
 245
 246                 /*
 247                  * Even if the caller has preloaded, try to allocate from the
 248                  * cache first for the new node to get accounted to the memory
 249                  * cgroup.
 250                  */
 251                 ret = kmem_cache_alloc(radix_tree_node_cachep,
 252                                        gfp_mask | __GFP_NOWARN);
 253                 if (ret)
 254                         goto out;
 255
 256                 /*
 257                  * Provided the caller has preloaded here, we will always
 258                  * succeed in getting a node here (and never reach
 259                  * kmem_cache_alloc)
 260                  */
 261                 rtp = this_cpu_ptr(&radix_tree_preloads);
 262                 if (rtp->nr) {
 263                         ret = rtp->nodes;
 264                         rtp->nodes = ret->parent;
 265                         rtp->nr--;
 266                 }
 267                 /*
 268                  * Update the allocation stack trace as this is more useful
 269                  * for debugging.
 270                  */
 271                 kmemleak_update_trace(ret);
 272                 goto out;
 273         }
 274         ret = kmem_cache_alloc(radix_tree_node_cachep, gfp_mask);
 275 out:
 276         BUG_ON(radix_tree_is_internal_node(ret));
 277         if (ret) {
 278                 ret->shift = shift;
 279                 ret->offset = offset;
 280                 ret->count = count;
 281                 ret->nr_values = nr_values;
 282                 ret->parent = parent;
 283                 ret->array = root;
 284         }
 285         return ret;
 286 }
 287
 288 void radix_tree_node_rcu_free(struct rcu_head *head)
 289 {
 290         struct radix_tree_node *node =
 291                         container_of(head, struct radix_tree_node, rcu_head);
 292
 293         /*
 294          * Must only free zeroed nodes into the slab.  We can be left with
 295          * non-NULL entries by radix_tree_free_nodes, so clear the entries
 296          * and tags here.
 297          */
 298         memset(node->slots, 0, sizeof(node->slots));
 299         memset(node->tags, 0, sizeof(node->tags));
 300         INIT_LIST_HEAD(&node->private_list);
 301
 302         kmem_cache_free(radix_tree_node_cachep, node);
 303 }
 304
 305 static inline void
 306 radix_tree_node_free(struct radix_tree_node *node)
 307 {
 308         call_rcu(&node->rcu_head, radix_tree_node_rcu_free);
 309 }
 310
 311 /*
 312  * Load up this CPU's radix_tree_node buffer with sufficient objects to
 313  * ensure that the addition of a single element in the tree cannot fail.  On
 314  * success, return zero, with preemption disabled.  On error, return -ENOMEM
 315  * with preemption not disabled.
 316  *
 317  * To make use of this facility, the radix tree must be initialised without
 318  * __GFP_DIRECT_RECLAIM being passed to INIT_RADIX_TREE().
 319  */
 320 static __must_check int __radix_tree_preload(gfp_t gfp_mask, unsigned nr)
 321 {
 322         struct radix_tree_preload *rtp;
 323         struct radix_tree_node *node;
 324         int ret = -ENOMEM;
 325
 326         /*
 327          * Nodes preloaded by one cgroup can be used by another cgroup, so
 328          * they should never be accounted to any particular memory cgroup.
 329          */
 330         gfp_mask &= ~__GFP_ACCOUNT;
 331
 332         local_lock(&radix_tree_preloads.lock);
 333         rtp = this_cpu_ptr(&radix_tree_preloads);
 334         while (rtp->nr < nr) {
 335                 local_unlock(&radix_tree_preloads.lock);
 336                 node = kmem_cache_alloc(radix_tree_node_cachep, gfp_mask);
 337                 if (node == NULL)
 338                         goto out;
 339                 local_lock(&radix_tree_preloads.lock);
 340                 rtp = this_cpu_ptr(&radix_tree_preloads);
 341                 if (rtp->nr < nr) {
 342                         node->parent = rtp->nodes;
 343                         rtp->nodes = node;
 344                         rtp->nr++;
 345                 } else {
 346                         kmem_cache_free(radix_tree_node_cachep, node);
 347                 }
 348         }
 349         ret = 0;
 350 out:
 351         return ret;
 352 }
 353
 354 /*
 355  * Load up this CPU's radix_tree_node buffer with sufficient objects to
 356  * ensure that the addition of a single element in the tree cannot fail.  On
 357  * success, return zero, with preemption disabled.  On error, return -ENOMEM
 358  * with preemption not disabled.
 359  *
 360  * To make use of this facility, the radix tree must be initialised without
 361  * __GFP_DIRECT_RECLAIM being passed to INIT_RADIX_TREE().
 362  */
 363 int radix_tree_preload(gfp_t gfp_mask)
 364 {
 365         /* Warn on non-sensical use... */
 366         WARN_ON_ONCE(!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask));
 367         return __radix_tree_preload(gfp_mask, RADIX_TREE_PRELOAD_SIZE);
 368 }
 369 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_preload);
 370
 371 /*
 372  * The same as above function, except we don't guarantee preloading happens.
 373  * We do it, if we decide it helps. On success, return zero with preemption
 374  * disabled. On error, return -ENOMEM with preemption not disabled.
 375  */
 376 int radix_tree_maybe_preload(gfp_t gfp_mask)
 377 {
 378         if (gfpflags_allow_blocking(gfp_mask))
 379                 return __radix_tree_preload(gfp_mask, RADIX_TREE_PRELOAD_SIZE);
 380         /* Preloading doesn't help anything with this gfp mask, skip it */
 381         local_lock(&radix_tree_preloads.lock);
 382         return 0;
 383 }
 384 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_maybe_preload);
 385
 386 static unsigned radix_tree_load_root(const struct radix_tree_root *root,
 387                 struct radix_tree_node **nodep, unsigned long *maxindex)
 388 {
 389         struct radix_tree_node *node = rcu_dereference_raw(root->xa_head);
 390
 391         *nodep = node;
 392
 393         if (likely(radix_tree_is_internal_node(node))) {
 394                 node = entry_to_node(node);
 395                 *maxindex = node_maxindex(node);
 396                 return node->shift + RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 397         }
 398
 399         *maxindex = 0;
 400         return 0;
 401 }
 402
 403 /*
 404  *      Extend a radix tree so it can store key @index.
 405  */
 406 static int radix_tree_extend(struct radix_tree_root *root, gfp_t gfp,
 407                                 unsigned long index, unsigned int shift)
 408 {
 409         void *entry;
 410         unsigned int maxshift;
 411         int tag;
 412
 413         /* Figure out what the shift should be.  */
 414         maxshift = shift;
 415         while (index > shift_maxindex(maxshift))
 416                 maxshift += RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 417
 418         entry = rcu_dereference_raw(root->xa_head);
 419         if (!entry && (!is_idr(root) || root_tag_get(root, IDR_FREE)))
 420                 goto out;
 421
 422         do {
 423                 struct radix_tree_node *node = radix_tree_node_alloc(gfp, NULL,
 424                                                         root, shift, 0, 1, 0);
 425                 if (!node)
 426                         return -ENOMEM;
 427
 428                 if (is_idr(root)) {
 429                         all_tag_set(node, IDR_FREE);
 430                         if (!root_tag_get(root, IDR_FREE)) {
 431                                 tag_clear(node, IDR_FREE, 0);
 432                                 root_tag_set(root, IDR_FREE);
 433                         }
 434                 } else {
 435                         /* Propagate the aggregated tag info to the new child */
 436                         for (tag = 0; tag < RADIX_TREE_MAX_TAGS; tag++) {
 437                                 if (root_tag_get(root, tag))
 438                                         tag_set(node, tag, 0);
 439                         }
 440                 }
 441
 442                 BUG_ON(shift > BITS_PER_LONG);
 443                 if (radix_tree_is_internal_node(entry)) {
 444                         entry_to_node(entry)->parent = node;
 445                 } else if (xa_is_value(entry)) {
 446                         /* Moving a value entry root->xa_head to a node */
 447                         node->nr_values = 1;
 448                 }
 449                 /*
 450                  * entry was already in the radix tree, so we do not need
 451                  * rcu_assign_pointer here
 452                  */
 453                 node->slots[0] = (void __rcu *)entry;
 454                 entry = node_to_entry(node);
 455                 rcu_assign_pointer(root->xa_head, entry);
 456                 shift += RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 457         } while (shift <= maxshift);
 458 out:
 459         return maxshift + RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 460 }
 461
 462 /**
 463  *      radix_tree_shrink    -    shrink radix tree to minimum height
 464  *      @root:          radix tree root
 465  */
 466 static inline bool radix_tree_shrink(struct radix_tree_root *root)
 467 {
 468         bool shrunk = false;
 469
 470         for (;;) {
 471                 struct radix_tree_node *node = rcu_dereference_raw(root->xa_head);
 472                 struct radix_tree_node *child;
 473
 474                 if (!radix_tree_is_internal_node(node))
 475                         break;
 476                 node = entry_to_node(node);
 477
 478                 /*
 479                  * The candidate node has more than one child, or its child
 480                  * is not at the leftmost slot, we cannot shrink.
 481                  */
 482                 if (node->count != 1)
 483                         break;
 484                 child = rcu_dereference_raw(node->slots[0]);
 485                 if (!child)
 486                         break;
 487
 488                 /*
 489                  * For an IDR, we must not shrink entry 0 into the root in
 490                  * case somebody calls idr_replace() with a pointer that
 491                  * appears to be an internal entry
 492                  */
 493                 if (!node->shift && is_idr(root))
 494                         break;
 495
 496                 if (radix_tree_is_internal_node(child))
 497                         entry_to_node(child)->parent = NULL;
 498
 499                 /*
 500                  * We don't need rcu_assign_pointer(), since we are simply
 501                  * moving the node from one part of the tree to another: if it
 502                  * was safe to dereference the old pointer to it
 503                  * (node->slots[0]), it will be safe to dereference the new
 504                  * one (root->xa_head) as far as dependent read barriers go.
 505                  */
 506                 root->xa_head = (void __rcu *)child;
 507                 if (is_idr(root) && !tag_get(node, IDR_FREE, 0))
 508                         root_tag_clear(root, IDR_FREE);
 509
 510                 /*
 511                  * We have a dilemma here. The node's slot[0] must not be
 512                  * NULLed in case there are concurrent lookups expecting to
 513                  * find the item. However if this was a bottom-level node,
 514                  * then it may be subject to the slot pointer being visible
 515                  * to callers dereferencing it. If item corresponding to
 516                  * slot[0] is subsequently deleted, these callers would expect
 517                  * their slot to become empty sooner or later.
 518                  *
 519                  * For example, lockless pagecache will look up a slot, deref
 520                  * the page pointer, and if the page has 0 refcount it means it
 521                  * was concurrently deleted from pagecache so try the deref
 522                  * again. Fortunately there is already a requirement for logic
 523                  * to retry the entire slot lookup -- the indirect pointer
 524                  * problem (replacing direct root node with an indirect pointer
 525                  * also results in a stale slot). So tag the slot as indirect
 526                  * to force callers to retry.
 527                  */
 528                 node->count = 0;
 529                 if (!radix_tree_is_internal_node(child)) {
 530                         node->slots[0] = (void __rcu *)RADIX_TREE_RETRY;
 531                 }
 532
 533                 WARN_ON_ONCE(!list_empty(&node->private_list));
 534                 radix_tree_node_free(node);
 535                 shrunk = true;
 536         }
 537
 538         return shrunk;
 539 }
 540
 541 static bool delete_node(struct radix_tree_root *root,
 542                         struct radix_tree_node *node)
 543 {
 544         bool deleted = false;
 545
 546         do {
 547                 struct radix_tree_node *parent;
 548
 549                 if (node->count) {
 550                         if (node_to_entry(node) ==
 551                                         rcu_dereference_raw(root->xa_head))
 552                                 deleted |= radix_tree_shrink(root);
 553                         return deleted;
 554                 }
 555
 556                 parent = node->parent;
 557                 if (parent) {
 558                         parent->slots[node->offset] = NULL;
 559                         parent->count--;
 560                 } else {
 561                         /*
 562                          * Shouldn't the tags already have all been cleared
 563                          * by the caller?
 564                          */
 565                         if (!is_idr(root))
 566                                 root_tag_clear_all(root);
 567                         root->xa_head = NULL;
 568                 }
 569
 570                 WARN_ON_ONCE(!list_empty(&node->private_list));
 571                 radix_tree_node_free(node);
 572                 deleted = true;
 573
 574                 node = parent;
 575         } while (node);
 576
 577         return deleted;
 578 }
 579
 580 /**
 581  *      __radix_tree_create     -       create a slot in a radix tree
 582  *      @root:          radix tree root
 583  *      @index:         index key
 584  *      @nodep:         returns node
 585  *      @slotp:         returns slot
 586  *
 587  *      Create, if necessary, and return the node and slot for an item
 588  *      at position @index in the radix tree @root.
 589  *
 590  *      Until there is more than one item in the tree, no nodes are
 591  *      allocated and @root->xa_head is used as a direct slot instead of
 592  *      pointing to a node, in which case *@nodep will be NULL.
 593  *
 594  *      Returns -ENOMEM, or 0 for success.
 595  */
 596 static int __radix_tree_create(struct radix_tree_root *root,
 597                 unsigned long index, struct radix_tree_node **nodep,
 598                 void __rcu ***slotp)
 599 {
 600         struct radix_tree_node *node = NULL, *child;
 601         void __rcu **slot = (void __rcu **)&root->xa_head;
 602         unsigned long maxindex;
 603         unsigned int shift, offset = 0;
 604         unsigned long max = index;
 605         gfp_t gfp = root_gfp_mask(root);
 606
 607         shift = radix_tree_load_root(root, &child, &maxindex);
 608
 609         /* Make sure the tree is high enough.  */
 610         if (max > maxindex) {
 611                 int error = radix_tree_extend(root, gfp, max, shift);
 612                 if (error < 0)
 613                         return error;
 614                 shift = error;
 615                 child = rcu_dereference_raw(root->xa_head);
 616         }
 617
 618         while (shift > 0) {
 619                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 620                 if (child == NULL) {
 621                         /* Have to add a child node.  */
 622                         child = radix_tree_node_alloc(gfp, node, root, shift,
 623                                                         offset, 0, 0);
 624                         if (!child)
 625                                 return -ENOMEM;
 626                         rcu_assign_pointer(*slot, node_to_entry(child));
 627                         if (node)
 628                                 node->count++;
 629                 } else if (!radix_tree_is_internal_node(child))
 630                         break;
 631
 632                 /* Go a level down */
 633                 node = entry_to_node(child);
 634                 offset = radix_tree_descend(node, &child, index);
 635                 slot = &node->slots[offset];
 636         }
 637
 638         if (nodep)
 639                 *nodep = node;
 640         if (slotp)
 641                 *slotp = slot;
 642         return 0;
 643 }
 644
 645 /*
 646  * Free any nodes below this node.  The tree is presumed to not need
 647  * shrinking, and any user data in the tree is presumed to not need a
 648  * destructor called on it.  If we need to add a destructor, we can
 649  * add that functionality later.  Note that we may not clear tags or
 650  * slots from the tree as an RCU walker may still have a pointer into
 651  * this subtree.  We could replace the entries with RADIX_TREE_RETRY,
 652  * but we'll still have to clear those in rcu_free.
 653  */
 654 static void radix_tree_free_nodes(struct radix_tree_node *node)
 655 {
 656         unsigned offset = 0;
 657         struct radix_tree_node *child = entry_to_node(node);
 658
 659         for (;;) {
 660                 void *entry = rcu_dereference_raw(child->slots[offset]);
 661                 if (xa_is_node(entry) && child->shift) {
 662                         child = entry_to_node(entry);
 663                         offset = 0;
 664                         continue;
 665                 }
 666                 offset++;
 667                 while (offset == RADIX_TREE_MAP_SIZE) {
 668                         struct radix_tree_node *old = child;
 669                         offset = child->offset + 1;
 670                         child = child->parent;
 671                         WARN_ON_ONCE(!list_empty(&old->private_list));
 672                         radix_tree_node_free(old);
 673                         if (old == entry_to_node(node))
 674                                 return;
 675                 }
 676         }
 677 }
 678
 679 static inline int insert_entries(struct radix_tree_node *node,
 680                 void __rcu **slot, void *item)
 681 {
 682         if (*slot)
 683                 return -EEXIST;
 684         rcu_assign_pointer(*slot, item);
 685         if (node) {
 686                 node->count++;
 687                 if (xa_is_value(item))
 688                         node->nr_values++;
 689         }
 690         return 1;
 691 }
 692
 693 /**
 694  *      radix_tree_insert    -    insert into a radix tree
 695  *      @root:          radix tree root
 696  *      @index:         index key
 697  *      @item:          item to insert
 698  *
 699  *      Insert an item into the radix tree at position @index.
 700  */
 701 int radix_tree_insert(struct radix_tree_root *root, unsigned long index,
 702                         void *item)
 703 {
 704         struct radix_tree_node *node;
 705         void __rcu **slot;
 706         int error;
 707
 708         BUG_ON(radix_tree_is_internal_node(item));
 709
 710         error = __radix_tree_create(root, index, &node, &slot);
 711         if (error)
 712                 return error;
 713
 714         error = insert_entries(node, slot, item);
 715         if (error < 0)
 716                 return error;
 717
 718         if (node) {
 719                 unsigned offset = get_slot_offset(node, slot);
 720                 BUG_ON(tag_get(node, 0, offset));
 721                 BUG_ON(tag_get(node, 1, offset));
 722                 BUG_ON(tag_get(node, 2, offset));
 723         } else {
 724                 BUG_ON(root_tags_get(root));
 725         }
 726
 727         return 0;
 728 }
 729 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_insert);
 730
 731 /**
 732  *      __radix_tree_lookup     -       lookup an item in a radix tree
 733  *      @root:          radix tree root
 734  *      @index:         index key
 735  *      @nodep:         returns node
 736  *      @slotp:         returns slot
 737  *
 738  *      Lookup and return the item at position @index in the radix
 739  *      tree @root.
 740  *
 741  *      Until there is more than one item in the tree, no nodes are
 742  *      allocated and @root->xa_head is used as a direct slot instead of
 743  *      pointing to a node, in which case *@nodep will be NULL.
 744  */
 745 void *__radix_tree_lookup(const struct radix_tree_root *root,
 746                           unsigned long index, struct radix_tree_node **nodep,
 747                           void __rcu ***slotp)
 748 {
 749         struct radix_tree_node *node, *parent;
 750         unsigned long maxindex;
 751         void __rcu **slot;
 752
 753  restart:
 754         parent = NULL;
 755         slot = (void __rcu **)&root->xa_head;
 756         radix_tree_load_root(root, &node, &maxindex);
 757         if (index > maxindex)
 758                 return NULL;
 759
 760         while (radix_tree_is_internal_node(node)) {
 761                 unsigned offset;
 762
 763                 parent = entry_to_node(node);
 764                 offset = radix_tree_descend(parent, &node, index);
 765                 slot = parent->slots + offset;
 766                 if (node == RADIX_TREE_RETRY)
 767                         goto restart;
 768                 if (parent->shift == 0)
 769                         break;
 770         }
 771
 772         if (nodep)
 773                 *nodep = parent;
 774         if (slotp)
 775                 *slotp = slot;
 776         return node;
 777 }
 778
 779 /**
 780  *      radix_tree_lookup_slot    -    lookup a slot in a radix tree
 781  *      @root:          radix tree root
 782  *      @index:         index key
 783  *
 784  *      Returns:  the slot corresponding to the position @index in the
 785  *      radix tree @root. This is useful for update-if-exists operations.
 786  *
 787  *      This function can be called under rcu_read_lock iff the slot is not
 788  *      modified by radix_tree_replace_slot, otherwise it must be called
 789  *      exclusive from other writers. Any dereference of the slot must be done
 790  *      using radix_tree_deref_slot.
 791  */
 792 void __rcu **radix_tree_lookup_slot(const struct radix_tree_root *root,
 793                                 unsigned long index)
 794 {
 795         void __rcu **slot;
 796
 797         if (!__radix_tree_lookup(root, index, NULL, &slot))
 798                 return NULL;
 799         return slot;
 800 }
 801 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_lookup_slot);
 802
 803 /**
 804  *      radix_tree_lookup    -    perform lookup operation on a radix tree
 805  *      @root:          radix tree root
 806  *      @index:         index key
 807  *
 808  *      Lookup the item at the position @index in the radix tree @root.
 809  *
 810  *      This function can be called under rcu_read_lock, however the caller
 811  *      must manage lifetimes of leaf nodes (eg. RCU may also be used to free
 812  *      them safely). No RCU barriers are required to access or modify the
 813  *      returned item, however.
 814  */
 815 void *radix_tree_lookup(const struct radix_tree_root *root, unsigned long index)
 816 {
 817         return __radix_tree_lookup(root, index, NULL, NULL);
 818 }
 819 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_lookup);
 820
 821 static void replace_slot(void __rcu **slot, void *item,
 822                 struct radix_tree_node *node, int count, int values)
 823 {
 824         if (node && (count || values)) {
 825                 node->count += count;
 826                 node->nr_values += values;
 827         }
 828
 829         rcu_assign_pointer(*slot, item);
 830 }
 831
 832 static bool node_tag_get(const struct radix_tree_root *root,
 833                                 const struct radix_tree_node *node,
 834                                 unsigned int tag, unsigned int offset)
 835 {
 836         if (node)
 837                 return tag_get(node, tag, offset);
 838         return root_tag_get(root, tag);
 839 }
 840
 841 /*
 842  * IDR users want to be able to store NULL in the tree, so if the slot isn't
 843  * free, don't adjust the count, even if it's transitioning between NULL and
 844  * non-NULL.  For the IDA, we mark slots as being IDR_FREE while they still
 845  * have empty bits, but it only stores NULL in slots when they're being
 846  * deleted.
 847  */
 848 static int calculate_count(struct radix_tree_root *root,
 849                                 struct radix_tree_node *node, void __rcu **slot,
 850                                 void *item, void *old)
 851 {
 852         if (is_idr(root)) {
 853                 unsigned offset = get_slot_offset(node, slot);
 854                 bool free = node_tag_get(root, node, IDR_FREE, offset);
 855                 if (!free)
 856                         return 0;
 857                 if (!old)
 858                         return 1;
 859         }
 860         return !!item - !!old;
 861 }
 862
 863 /**
 864  * __radix_tree_replace         - replace item in a slot
 865  * @root:               radix tree root
 866  * @node:               pointer to tree node
 867  * @slot:               pointer to slot in @node
 868  * @item:               new item to store in the slot.
 869  *
 870  * For use with __radix_tree_lookup().  Caller must hold tree write locked
 871  * across slot lookup and replacement.
 872  */
 873 void __radix_tree_replace(struct radix_tree_root *root,
 874                           struct radix_tree_node *node,
 875                           void __rcu **slot, void *item)
 876 {
 877         void *old = rcu_dereference_raw(*slot);
 878         int values = !!xa_is_value(item) - !!xa_is_value(old);
 879         int count = calculate_count(root, node, slot, item, old);
 880
 881         /*
 882          * This function supports replacing value entries and
 883          * deleting entries, but that needs accounting against the
 884          * node unless the slot is root->xa_head.
 885          */
 886         WARN_ON_ONCE(!node && (slot != (void __rcu **)&root->xa_head) &&
 887                         (count || values));
 888         replace_slot(slot, item, node, count, values);
 889
 890         if (!node)
 891                 return;
 892
 893         delete_node(root, node);
 894 }
 895
 896 /**
 897  * radix_tree_replace_slot      - replace item in a slot
 898  * @root:       radix tree root
 899  * @slot:       pointer to slot
 900  * @item:       new item to store in the slot.
 901  *
 902  * For use with radix_tree_lookup_slot() and
 903  * radix_tree_gang_lookup_tag_slot().  Caller must hold tree write locked
 904  * across slot lookup and replacement.
 905  *
 906  * NOTE: This cannot be used to switch between non-entries (empty slots),
 907  * regular entries, and value entries, as that requires accounting
 908  * inside the radix tree node. When switching from one type of entry or
 909  * deleting, use __radix_tree_lookup() and __radix_tree_replace() or
 910  * radix_tree_iter_replace().
 911  */
 912 void radix_tree_replace_slot(struct radix_tree_root *root,
 913                              void __rcu **slot, void *item)
 914 {
 915         __radix_tree_replace(root, NULL, slot, item);
 916 }
 917 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_replace_slot);
 918
 919 /**
 920  * radix_tree_iter_replace - replace item in a slot
 921  * @root:       radix tree root
 922  * @iter:       iterator state
 923  * @slot:       pointer to slot
 924  * @item:       new item to store in the slot.
 925  *
 926  * For use with radix_tree_for_each_slot().
 927  * Caller must hold tree write locked.
 928  */
 929 void radix_tree_iter_replace(struct radix_tree_root *root,
 930                                 const struct radix_tree_iter *iter,
 931                                 void __rcu **slot, void *item)
 932 {
 933         __radix_tree_replace(root, iter->node, slot, item);
 934 }
 935
 936 static void node_tag_set(struct radix_tree_root *root,
 937                                 struct radix_tree_node *node,
 938                                 unsigned int tag, unsigned int offset)
 939 {
 940         while (node) {
 941                 if (tag_get(node, tag, offset))
 942                         return;
 943                 tag_set(node, tag, offset);
 944                 offset = node->offset;
 945                 node = node->parent;
 946         }
 947
 948         if (!root_tag_get(root, tag))
 949                 root_tag_set(root, tag);
 950 }
 951
 952 /**
 953  *      radix_tree_tag_set - set a tag on a radix tree node
 954  *      @root:          radix tree root
 955  *      @index:         index key
 956  *      @tag:           tag index
 957  *
 958  *      Set the search tag (which must be < RADIX_TREE_MAX_TAGS)
 959  *      corresponding to @index in the radix tree.  From
 960  *      the root all the way down to the leaf node.
 961  *
 962  *      Returns the address of the tagged item.  Setting a tag on a not-present
 963  *      item is a bug.
 964  */
 965 void *radix_tree_tag_set(struct radix_tree_root *root,
 966                         unsigned long index, unsigned int tag)
 967 {
 968         struct radix_tree_node *node, *parent;
 969         unsigned long maxindex;
 970
 971         radix_tree_load_root(root, &node, &maxindex);
 972         BUG_ON(index > maxindex);
 973
 974         while (radix_tree_is_internal_node(node)) {
 975                 unsigned offset;
 976
 977                 parent = entry_to_node(node);
 978                 offset = radix_tree_descend(parent, &node, index);
 979                 BUG_ON(!node);
 980
 981                 if (!tag_get(parent, tag, offset))
 982                         tag_set(parent, tag, offset);
 983         }
 984
 985         /* set the root's tag bit */
 986         if (!root_tag_get(root, tag))
 987                 root_tag_set(root, tag);
 988
 989         return node;
 990 }
 991 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_tag_set);
 992
 993 static void node_tag_clear(struct radix_tree_root *root,
 994                                 struct radix_tree_node *node,
 995                                 unsigned int tag, unsigned int offset)
 996 {
 997         while (node) {
 998                 if (!tag_get(node, tag, offset))
 999                         return;
1000                 tag_clear(node, tag, offset);
1001                 if (any_tag_set(node, tag))
1002                         return;
1003
1004                 offset = node->offset;
1005                 node = node->parent;
1006         }
1007
1008         /* clear the root's tag bit */
1009         if (root_tag_get(root, tag))
1010                 root_tag_clear(root, tag);
1011 }
1012
1013 /**
1014  *      radix_tree_tag_clear - clear a tag on a radix tree node
1015  *      @root:          radix tree root
1016  *      @index:         index key
1017  *      @tag:           tag index
1018  *
1019  *      Clear the search tag (which must be < RADIX_TREE_MAX_TAGS)
1020  *      corresponding to @index in the radix tree.  If this causes
1021  *      the leaf node to have no tags set then clear the tag in the
1022  *      next-to-leaf node, etc.
1023  *
1024  *      Returns the address of the tagged item on success, else NULL.  ie:
1025  *      has the same return value and semantics as radix_tree_lookup().
1026  */
1027 void *radix_tree_tag_clear(struct radix_tree_root *root,
1028                         unsigned long index, unsigned int tag)
1029 {
1030         struct radix_tree_node *node, *parent;
1031         unsigned long maxindex;
1032         int offset = 0;
1033
1034         radix_tree_load_root(root, &node, &maxindex);
1035         if (index > maxindex)
1036                 return NULL;
1037
1038         parent = NULL;
1039
1040         while (radix_tree_is_internal_node(node)) {
1041                 parent = entry_to_node(node);
1042                 offset = radix_tree_descend(parent, &node, index);
1043         }
1044
1045         if (node)
1046                 node_tag_clear(root, parent, tag, offset);
1047
1048         return node;
1049 }
1050 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_tag_clear);
1051
1052 /**
1053   * radix_tree_iter_tag_clear - clear a tag on the current iterator entry
1054   * @root: radix tree root
1055   * @iter: iterator state
1056   * @tag: tag to clear
1057   */
1058 void radix_tree_iter_tag_clear(struct radix_tree_root *root,
1059                         const struct radix_tree_iter *iter, unsigned int tag)
1060 {
1061         node_tag_clear(root, iter->node, tag, iter_offset(iter));
1062 }
1063
1064 /**
1065  * radix_tree_tag_get - get a tag on a radix tree node
1066  * @root:               radix tree root
1067  * @index:              index key
1068  * @tag:                tag index (< RADIX_TREE_MAX_TAGS)
1069  *
1070  * Return values:
1071  *
1072  *  0: tag not present or not set
1073  *  1: tag set
1074  *
1075  * Note that the return value of this function may not be relied on, even if
1076  * the RCU lock is held, unless tag modification and node deletion are excluded
1077  * from concurrency.
1078  */
1079 int radix_tree_tag_get(const struct radix_tree_root *root,
1080                         unsigned long index, unsigned int tag)
1081 {
1082         struct radix_tree_node *node, *parent;
1083         unsigned long maxindex;
1084
1085         if (!root_tag_get(root, tag))
1086                 return 0;
1087
1088         radix_tree_load_root(root, &node, &maxindex);
1089         if (index > maxindex)
1090                 return 0;
1091
1092         while (radix_tree_is_internal_node(node)) {
1093                 unsigned offset;
1094
1095                 parent = entry_to_node(node);
1096                 offset = radix_tree_descend(parent, &node, index);
1097
1098                 if (!tag_get(parent, tag, offset))
1099                         return 0;
1100                 if (node == RADIX_TREE_RETRY)
1101                         break;
1102         }
1103
1104         return 1;
1105 }
1106 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_tag_get);
1107
1108 /* Construct iter->tags bit-mask from node->tags[tag] array */
1109 static void set_iter_tags(struct radix_tree_iter *iter,
1110                                 struct radix_tree_node *node, unsigned offset,
1111                                 unsigned tag)
1112 {
1113         unsigned tag_long = offset / BITS_PER_LONG;
1114         unsigned tag_bit  = offset % BITS_PER_LONG;
1115
1116         if (!node) {
1117                 iter->tags = 1;
1118                 return;
1119         }
1120
1121         iter->tags = node->tags[tag][tag_long] >> tag_bit;
1122
1123         /* This never happens if RADIX_TREE_TAG_LONGS == 1 */
1124         if (tag_long < RADIX_TREE_TAG_LONGS - 1) {
1125                 /* Pick tags from next element */
1126                 if (tag_bit)
1127                         iter->tags |= node->tags[tag][tag_long + 1] <<
1128                                                 (BITS_PER_LONG - tag_bit);
1129                 /* Clip chunk size, here only BITS_PER_LONG tags */
1130                 iter->next_index = __radix_tree_iter_add(iter, BITS_PER_LONG);
1131         }
1132 }
1133
1134 void __rcu **radix_tree_iter_resume(void __rcu **slot,
1135                                         struct radix_tree_iter *iter)
1136 {
1137         slot++;
1138         iter->index = __radix_tree_iter_add(iter, 1);
1139         iter->next_index = iter->index;
1140         iter->tags = 0;
1141         return NULL;
1142 }
1143 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_iter_resume);
1144
1145 /**
1146  * radix_tree_next_chunk - find next chunk of slots for iteration
1147  *
1148  * @root:       radix tree root
1149  * @iter:       iterator state
1150  * @flags:      RADIX_TREE_ITER_* flags and tag index
1151  * Returns:     pointer to chunk first slot, or NULL if iteration is over
1152  */
1153 void __rcu **radix_tree_next_chunk(const struct radix_tree_root *root,
1154                              struct radix_tree_iter *iter, unsigned flags)
1155 {
1156         unsigned tag = flags & RADIX_TREE_ITER_TAG_MASK;
1157         struct radix_tree_node *node, *child;
1158         unsigned long index, offset, maxindex;
1159
1160         if ((flags & RADIX_TREE_ITER_TAGGED) && !root_tag_get(root, tag))
1161                 return NULL;
1162
1163         /*
1164          * Catch next_index overflow after ~0UL. iter->index never overflows
1165          * during iterating; it can be zero only at the beginning.
1166          * And we cannot overflow iter->next_index in a single step,
1167          * because RADIX_TREE_MAP_SHIFT < BITS_PER_LONG.
1168          *
1169          * This condition also used by radix_tree_next_slot() to stop
1170          * contiguous iterating, and forbid switching to the next chunk.
1171          */
1172         index = iter->next_index;
1173         if (!index && iter->index)
1174                 return NULL;
1175
1176  restart:
1177         radix_tree_load_root(root, &child, &maxindex);
1178         if (index > maxindex)
1179                 return NULL;
1180         if (!child)
1181                 return NULL;
1182
1183         if (!radix_tree_is_internal_node(child)) {
1184                 /* Single-slot tree */
1185                 iter->index = index;
1186                 iter->next_index = maxindex + 1;
1187                 iter->tags = 1;
1188                 iter->node = NULL;
1189                 return (void __rcu **)&root->xa_head;
1190         }
1191
1192         do {
1193                 node = entry_to_node(child);
1194                 offset = radix_tree_descend(node, &child, index);
1195
1196                 if ((flags & RADIX_TREE_ITER_TAGGED) ?
1197                                 !tag_get(node, tag, offset) : !child) {
1198                         /* Hole detected */
1199                         if (flags & RADIX_TREE_ITER_CONTIG)
1200                                 return NULL;
1201
1202                         if (flags & RADIX_TREE_ITER_TAGGED)
1203                                 offset = radix_tree_find_next_bit(node, tag,
1204                                                 offset + 1);
1205                         else
1206                                 while (++offset < RADIX_TREE_MAP_SIZE) {
1207                                         void *slot = rcu_dereference_raw(
1208                                                         node->slots[offset]);
1209                                         if (slot)
1210                                                 break;
1211                                 }
1212                         index &= ~node_maxindex(node);
1213                         index += offset << node->shift;
1214                         /* Overflow after ~0UL */
1215                         if (!index)
1216                                 return NULL;
1217                         if (offset == RADIX_TREE_MAP_SIZE)
1218                                 goto restart;
1219                         child = rcu_dereference_raw(node->slots[offset]);
1220                 }
1221
1222                 if (!child)
1223                         goto restart;
1224                 if (child == RADIX_TREE_RETRY)
1225                         break;
1226         } while (node->shift && radix_tree_is_internal_node(child));
1227
1228         /* Update the iterator state */
1229         iter->index = (index &~ node_maxindex(node)) | offset;
1230         iter->next_index = (index | node_maxindex(node)) + 1;
1231         iter->node = node;
1232
1233         if (flags & RADIX_TREE_ITER_TAGGED)
1234                 set_iter_tags(iter, node, offset, tag);
1235
1236         return node->slots + offset;
1237 }
1238 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_next_chunk);
1239
1240 /**
1241  *      radix_tree_gang_lookup - perform multiple lookup on a radix tree
1242  *      @root:          radix tree root
1243  *      @results:       where the results of the lookup are placed
1244  *      @first_index:   start the lookup from this key
1245  *      @max_items:     place up to this many items at *results
1246  *
1247  *      Performs an index-ascending scan of the tree for present items.  Places
1248  *      them at *@results and returns the number of items which were placed at
1249  *      *@results.
1250  *
1251  *      The implementation is naive.
1252  *
1253  *      Like radix_tree_lookup, radix_tree_gang_lookup may be called under
1254  *      rcu_read_lock. In this case, rather than the returned results being
1255  *      an atomic snapshot of the tree at a single point in time, the
1256  *      semantics of an RCU protected gang lookup are as though multiple
1257  *      radix_tree_lookups have been issued in individual locks, and results
1258  *      stored in 'results'.
1259  */
1260 unsigned int
1261 radix_tree_gang_lookup(const struct radix_tree_root *root, void **results,
1262                         unsigned long first_index, unsigned int max_items)
1263 {
1264         struct radix_tree_iter iter;
1265         void __rcu **slot;
1266         unsigned int ret = 0;
1267
1268         if (unlikely(!max_items))
1269                 return 0;
1270
1271         radix_tree_for_each_slot(slot, root, &iter, first_index) {
1272                 results[ret] = rcu_dereference_raw(*slot);
1273                 if (!results[ret])
1274                         continue;
1275                 if (radix_tree_is_internal_node(results[ret])) {
1276                         slot = radix_tree_iter_retry(&iter);
1277                         continue;
1278                 }
1279                 if (++ret == max_items)
1280                         break;
1281         }
1282
1283         return ret;
1284 }
1285 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_gang_lookup);
1286
1287 /**
1288  *      radix_tree_gang_lookup_tag - perform multiple lookup on a radix tree
1289  *                                   based on a tag
1290  *      @root:          radix tree root
1291  *      @results:       where the results of the lookup are placed
1292  *      @first_index:   start the lookup from this key
1293  *      @max_items:     place up to this many items at *results
1294  *      @tag:           the tag index (< RADIX_TREE_MAX_TAGS)
1295  *
1296  *      Performs an index-ascending scan of the tree for present items which
1297  *      have the tag indexed by @tag set.  Places the items at *@results and
1298  *      returns the number of items which were placed at *@results.
1299  */
1300 unsigned int
1301 radix_tree_gang_lookup_tag(const struct radix_tree_root *root, void **results,
1302                 unsigned long first_index, unsigned int max_items,
1303                 unsigned int tag)
1304 {
1305         struct radix_tree_iter iter;
1306         void __rcu **slot;
1307         unsigned int ret = 0;
1308
1309         if (unlikely(!max_items))
1310                 return 0;
1311
1312         radix_tree_for_each_tagged(slot, root, &iter, first_index, tag) {
1313                 results[ret] = rcu_dereference_raw(*slot);
1314                 if (!results[ret])
1315                         continue;
1316                 if (radix_tree_is_internal_node(results[ret])) {
1317                         slot = radix_tree_iter_retry(&iter);
1318                         continue;
1319                 }
1320                 if (++ret == max_items)
1321                         break;
1322         }
1323
1324         return ret;
1325 }
1326 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_gang_lookup_tag);
1327
1328 /**
1329  *      radix_tree_gang_lookup_tag_slot - perform multiple slot lookup on a
1330  *                                        radix tree based on a tag
1331  *      @root:          radix tree root
1332  *      @results:       where the results of the lookup are placed
1333  *      @first_index:   start the lookup from this key
1334  *      @max_items:     place up to this many items at *results
1335  *      @tag:           the tag index (< RADIX_TREE_MAX_TAGS)
1336  *
1337  *      Performs an index-ascending scan of the tree for present items which
1338  *      have the tag indexed by @tag set.  Places the slots at *@results and
1339  *      returns the number of slots which were placed at *@results.
1340  */
1341 unsigned int
1342 radix_tree_gang_lookup_tag_slot(const struct radix_tree_root *root,
1343                 void __rcu ***results, unsigned long first_index,
1344                 unsigned int max_items, unsigned int tag)
1345 {
1346         struct radix_tree_iter iter;
1347         void __rcu **slot;
1348         unsigned int ret = 0;
1349
1350         if (unlikely(!max_items))
1351                 return 0;
1352
1353         radix_tree_for_each_tagged(slot, root, &iter, first_index, tag) {
1354                 results[ret] = slot;
1355                 if (++ret == max_items)
1356                         break;
1357         }
1358
1359         return ret;
1360 }
1361 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_gang_lookup_tag_slot);
1362
1363 static bool __radix_tree_delete(struct radix_tree_root *root,
1364                                 struct radix_tree_node *node, void __rcu **slot)
1365 {
1366         void *old = rcu_dereference_raw(*slot);
1367         int values = xa_is_value(old) ? -1 : 0;
1368         unsigned offset = get_slot_offset(node, slot);
1369         int tag;
1370
1371         if (is_idr(root))
1372                 node_tag_set(root, node, IDR_FREE, offset);
1373         else
1374                 for (tag = 0; tag < RADIX_TREE_MAX_TAGS; tag++)
1375                         node_tag_clear(root, node, tag, offset);
1376
1377         replace_slot(slot, NULL, node, -1, values);
1378         return node && delete_node(root, node);
1379 }
1380
1381 /**
1382  * radix_tree_iter_delete - delete the entry at this iterator position
1383  * @root: radix tree root
1384  * @iter: iterator state
1385  * @slot: pointer to slot
1386  *
1387  * Delete the entry at the position currently pointed to by the iterator.
1388  * This may result in the current node being freed; if it is, the iterator
1389  * is advanced so that it will not reference the freed memory.  This
1390  * function may be called without any locking if there are no other threads
1391  * which can access this tree.
1392  */
1393 void radix_tree_iter_delete(struct radix_tree_root *root,
1394                                 struct radix_tree_iter *iter, void __rcu **slot)
1395 {
1396         if (__radix_tree_delete(root, iter->node, slot))
1397                 iter->index = iter->next_index;
1398 }
1399 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_iter_delete);
1400
1401 /**
1402  * radix_tree_delete_item - delete an item from a radix tree
1403  * @root: radix tree root
1404  * @index: index key
1405  * @item: expected item
1406  *
1407  * Remove @item at @index from the radix tree rooted at @root.
1408  *
1409  * Return: the deleted entry, or %NULL if it was not present
1410  * or the entry at the given @index was not @item.
1411  */
1412 void *radix_tree_delete_item(struct radix_tree_root *root,
1413                              unsigned long index, void *item)
1414 {
1415         struct radix_tree_node *node = NULL;
1416         void __rcu **slot = NULL;
1417         void *entry;
1418
1419         entry = __radix_tree_lookup(root, index, &node, &slot);
1420         if (!slot)
1421                 return NULL;
1422         if (!entry && (!is_idr(root) || node_tag_get(root, node, IDR_FREE,
1423                                                 get_slot_offset(node, slot))))
1424                 return NULL;
1425
1426         if (item && entry != item)
1427                 return NULL;
1428
1429         __radix_tree_delete(root, node, slot);
1430
1431         return entry;
1432 }
1433 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_delete_item);
1434
1435 /**
1436  * radix_tree_delete - delete an entry from a radix tree
1437  * @root: radix tree root
1438  * @index: index key
1439  *
1440  * Remove the entry at @index from the radix tree rooted at @root.
1441  *
1442  * Return: The deleted entry, or %NULL if it was not present.
1443  */
1444 void *radix_tree_delete(struct radix_tree_root *root, unsigned long index)
1445 {
1446         return radix_tree_delete_item(root, index, NULL);
1447 }
1448 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_delete);
1449
1450 /**
1451  *      radix_tree_tagged - test whether any items in the tree are tagged
1452  *      @root:          radix tree root
1453  *      @tag:           tag to test
1454  */
1455 int radix_tree_tagged(const struct radix_tree_root *root, unsigned int tag)
1456 {
1457         return root_tag_get(root, tag);
1458 }
1459 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_tagged);
1460
1461 /**
1462  * idr_preload - preload for idr_alloc()
1463  * @gfp_mask: allocation mask to use for preloading
1464  *
1465  * Preallocate memory to use for the next call to idr_alloc().  This function
1466  * returns with preemption disabled.  It will be enabled by idr_preload_end().
1467  */
1468 void idr_preload(gfp_t gfp_mask)
1469 {
1470         if (__radix_tree_preload(gfp_mask, IDR_PRELOAD_SIZE))
1471                 local_lock(&radix_tree_preloads.lock);
1472 }
1473 EXPORT_SYMBOL(idr_preload);
1474
1475 void __rcu **idr_get_free(struct radix_tree_root *root,
1476                               struct radix_tree_iter *iter, gfp_t gfp,
1477                               unsigned long max)
1478 {
1479         struct radix_tree_node *node = NULL, *child;
1480         void __rcu **slot = (void __rcu **)&root->xa_head;
1481         unsigned long maxindex, start = iter->next_index;
1482         unsigned int shift, offset = 0;
1483
1484  grow:
1485         shift = radix_tree_load_root(root, &child, &maxindex);
1486         if (!radix_tree_tagged(root, IDR_FREE))
1487                 start = max(start, maxindex + 1);
1488         if (start > max)
1489                 return ERR_PTR(-ENOSPC);
1490
1491         if (start > maxindex) {
1492                 int error = radix_tree_extend(root, gfp, start, shift);
1493                 if (error < 0)
1494                         return ERR_PTR(error);
1495                 shift = error;
1496                 child = rcu_dereference_raw(root->xa_head);
1497         }
1498         if (start == 0 && shift == 0)
1499                 shift = RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
1500
1501         while (shift) {
1502                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
1503                 if (child == NULL) {
1504                         /* Have to add a child node.  */
1505                         child = radix_tree_node_alloc(gfp, node, root, shift,
1506                                                         offset, 0, 0);
1507                         if (!child)
1508                                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1509                         all_tag_set(child, IDR_FREE);
1510                         rcu_assign_pointer(*slot, node_to_entry(child));
1511                         if (node)
1512                                 node->count++;
1513                 } else if (!radix_tree_is_internal_node(child))
1514                         break;
1515
1516                 node = entry_to_node(child);
1517                 offset = radix_tree_descend(node, &child, start);
1518                 if (!tag_get(node, IDR_FREE, offset)) {
1519                         offset = radix_tree_find_next_bit(node, IDR_FREE,
1520                                                         offset + 1);
1521                         start = next_index(start, node, offset);
1522                         if (start > max || start == 0)
1523                                 return ERR_PTR(-ENOSPC);
1524                         while (offset == RADIX_TREE_MAP_SIZE) {
1525                                 offset = node->offset + 1;
1526                                 node = node->parent;
1527                                 if (!node)
1528                                         goto grow;
1529                                 shift = node->shift;
1530                         }
1531                         child = rcu_dereference_raw(node->slots[offset]);
1532                 }
1533                 slot = &node->slots[offset];
1534         }
1535
1536         iter->index = start;
1537         if (node)
1538                 iter->next_index = 1 + min(max, (start | node_maxindex(node)));
1539         else
1540                 iter->next_index = 1;
1541         iter->node = node;
1542         set_iter_tags(iter, node, offset, IDR_FREE);
1543
1544         return slot;
1545 }
1546
1547 /**
1548  * idr_destroy - release all internal memory from an IDR
1549  * @idr: idr handle
1550  *
1551  * After this function is called, the IDR is empty, and may be reused or
1552  * the data structure containing it may be freed.
1553  *
1554  * A typical clean-up sequence for objects stored in an idr tree will use
1555  * idr_for_each() to free all objects, if necessary, then idr_destroy() to
1556  * free the memory used to keep track of those objects.
1557  */
1558 void idr_destroy(struct idr *idr)
1559 {
1560         struct radix_tree_node *node = rcu_dereference_raw(idr->idr_rt.xa_head);
1561         if (radix_tree_is_internal_node(node))
1562                 radix_tree_free_nodes(node);
1563         idr->idr_rt.xa_head = NULL;
1564         root_tag_set(&idr->idr_rt, IDR_FREE);
1565 }
1566 EXPORT_SYMBOL(idr_destroy);
1567
1568 static void
1569 radix_tree_node_ctor(void *arg)
1570 {
1571         struct radix_tree_node *node = arg;
1572
1573         memset(node, 0, sizeof(*node));
1574         INIT_LIST_HEAD(&node->private_list);
1575 }
1576
1577 static int radix_tree_cpu_dead(unsigned int cpu)
1578 {
1579         struct radix_tree_preload *rtp;
1580         struct radix_tree_node *node;
1581
1582         /* Free per-cpu pool of preloaded nodes */
1583         rtp = &per_cpu(radix_tree_preloads, cpu);
1584         while (rtp->nr) {
1585                 node = rtp->nodes;
1586                 rtp->nodes = node->parent;
1587                 kmem_cache_free(radix_tree_node_cachep, node);
1588                 rtp->nr--;
1589         }
1590         return 0;
1591 }
1592
1593 void __init radix_tree_init(void)
1594 {
1595         int ret;
1596
1597         BUILD_BUG_ON(RADIX_TREE_MAX_TAGS + __GFP_BITS_SHIFT > 32);
1598         BUILD_BUG_ON(ROOT_IS_IDR & ~GFP_ZONEMASK);
1599         BUILD_BUG_ON(XA_CHUNK_SIZE > 255);
1600         radix_tree_node_cachep = kmem_cache_create("radix_tree_node",
1601                         sizeof(struct radix_tree_node), 0,
1602                         SLAB_PANIC | SLAB_RECLAIM_ACCOUNT,
1603                         radix_tree_node_ctor);
1604         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_RADIX_DEAD, "lib/radix:dead",
1605                                         NULL, radix_tree_cpu_dead);
1606         WARN_ON(ret < 0);
1607 }