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 /*
  32  * Radix tree node cache.
  33  */
  34 struct kmem_cache *radix_tree_node_cachep;
  35
  36 /*
  37  * The radix tree is variable-height, so an insert operation not only has
  38  * to build the branch to its corresponding item, it also has to build the
  39  * branch to existing items if the size has to be increased (by
  40  * radix_tree_extend).
  41  *
  42  * The worst case is a zero height tree with just a single item at index 0,
  43  * and then inserting an item at index ULONG_MAX. This requires 2 new branches
  44  * of RADIX_TREE_MAX_PATH size to be created, with only the root node shared.
  45  * Hence:
  46  */
  47 #define RADIX_TREE_PRELOAD_SIZE (RADIX_TREE_MAX_PATH * 2 - 1)
  48
  49 /*
  50  * The IDR does not have to be as high as the radix tree since it uses
  51  * signed integers, not unsigned longs.
  52  */
  53 #define IDR_INDEX_BITS          (8 /* CHAR_BIT */ * sizeof(int) - 1)
  54 #define IDR_MAX_PATH            (DIV_ROUND_UP(IDR_INDEX_BITS, \
  55                                                 RADIX_TREE_MAP_SHIFT))
  56 #define IDR_PRELOAD_SIZE        (IDR_MAX_PATH * 2 - 1)
  57
  58 /*
  59  * Per-cpu pool of preloaded nodes
  60  */
  61 struct radix_tree_preload {
  62         unsigned nr;
  63         /* nodes->parent points to next preallocated node */
  64         struct radix_tree_node *nodes;
  65 };
  66 static DEFINE_PER_CPU(struct radix_tree_preload, radix_tree_preloads) = { 0, };
  67
  68 static inline struct radix_tree_node *entry_to_node(void *ptr)
  69 {
  70         return (void *)((unsigned long)ptr & ~RADIX_TREE_INTERNAL_NODE);
  71 }
  72
  73 static inline void *node_to_entry(void *ptr)
  74 {
  75         return (void *)((unsigned long)ptr | RADIX_TREE_INTERNAL_NODE);
  76 }
  77
  78 #define RADIX_TREE_RETRY        XA_RETRY_ENTRY
  79
  80 static inline unsigned long
  81 get_slot_offset(const struct radix_tree_node *parent, void __rcu **slot)
  82 {
  83         return parent ? slot - parent->slots : 0;
  84 }
  85
  86 static unsigned int radix_tree_descend(const struct radix_tree_node *parent,
  87                         struct radix_tree_node **nodep, unsigned long index)
  88 {
  89         unsigned int offset = (index >> parent->shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK;
  90         void __rcu **entry = rcu_dereference_raw(parent->slots[offset]);
  91
  92         *nodep = (void *)entry;
  93         return offset;
  94 }
  95
  96 static inline gfp_t root_gfp_mask(const struct radix_tree_root *root)
  97 {
  98         return root->xa_flags & (__GFP_BITS_MASK & ~GFP_ZONEMASK);
  99 }
 100
 101 static inline void tag_set(struct radix_tree_node *node, unsigned int tag,
 102                 int offset)
 103 {
 104         __set_bit(offset, node->tags[tag]);
 105 }
 106
 107 static inline void tag_clear(struct radix_tree_node *node, unsigned int tag,
 108                 int offset)
 109 {
 110         __clear_bit(offset, node->tags[tag]);
 111 }
 112
 113 static inline int tag_get(const struct radix_tree_node *node, unsigned int tag,
 114                 int offset)
 115 {
 116         return test_bit(offset, node->tags[tag]);
 117 }
 118
 119 static inline void root_tag_set(struct radix_tree_root *root, unsigned tag)
 120 {
 121         root->xa_flags |= (__force gfp_t)(1 << (tag + ROOT_TAG_SHIFT));
 122 }
 123
 124 static inline void root_tag_clear(struct radix_tree_root *root, unsigned tag)
 125 {
 126         root->xa_flags &= (__force gfp_t)~(1 << (tag + ROOT_TAG_SHIFT));
 127 }
 128
 129 static inline void root_tag_clear_all(struct radix_tree_root *root)
 130 {
 131         root->xa_flags &= (__force gfp_t)((1 << ROOT_TAG_SHIFT) - 1);
 132 }
 133
 134 static inline int root_tag_get(const struct radix_tree_root *root, unsigned tag)
 135 {
 136         return (__force int)root->xa_flags & (1 << (tag + ROOT_TAG_SHIFT));
 137 }
 138
 139 static inline unsigned root_tags_get(const struct radix_tree_root *root)
 140 {
 141         return (__force unsigned)root->xa_flags >> ROOT_TAG_SHIFT;
 142 }
 143
 144 static inline bool is_idr(const struct radix_tree_root *root)
 145 {
 146         return !!(root->xa_flags & ROOT_IS_IDR);
 147 }
 148
 149 /*
 150  * Returns 1 if any slot in the node has this tag set.
 151  * Otherwise returns 0.
 152  */
 153 static inline int any_tag_set(const struct radix_tree_node *node,
 154                                                         unsigned int tag)
 155 {
 156         unsigned idx;
 157         for (idx = 0; idx < RADIX_TREE_TAG_LONGS; idx++) {
 158                 if (node->tags[tag][idx])
 159                         return 1;
 160         }
 161         return 0;
 162 }
 163
 164 static inline void all_tag_set(struct radix_tree_node *node, unsigned int tag)
 165 {
 166         bitmap_fill(node->tags[tag], RADIX_TREE_MAP_SIZE);
 167 }
 168
 169 /**
 170  * radix_tree_find_next_bit - find the next set bit in a memory region
 171  *
 172  * @addr: The address to base the search on
 173  * @size: The bitmap size in bits
 174  * @offset: The bitnumber to start searching at
 175  *
 176  * Unrollable variant of find_next_bit() for constant size arrays.
 177  * Tail bits starting from size to roundup(size, BITS_PER_LONG) must be zero.
 178  * Returns next bit offset, or size if nothing found.
 179  */
 180 static __always_inline unsigned long
 181 radix_tree_find_next_bit(struct radix_tree_node *node, unsigned int tag,
 182                          unsigned long offset)
 183 {
 184         const unsigned long *addr = node->tags[tag];
 185
 186         if (offset < RADIX_TREE_MAP_SIZE) {
 187                 unsigned long tmp;
 188
 189                 addr += offset / BITS_PER_LONG;
 190                 tmp = *addr >> (offset % BITS_PER_LONG);
 191                 if (tmp)
 192                         return __ffs(tmp) + offset;
 193                 offset = (offset + BITS_PER_LONG) & ~(BITS_PER_LONG - 1);
 194                 while (offset < RADIX_TREE_MAP_SIZE) {
 195                         tmp = *++addr;
 196                         if (tmp)
 197                                 return __ffs(tmp) + offset;
 198                         offset += BITS_PER_LONG;
 199                 }
 200         }
 201         return RADIX_TREE_MAP_SIZE;
 202 }
 203
 204 static unsigned int iter_offset(const struct radix_tree_iter *iter)
 205 {
 206         return iter->index & RADIX_TREE_MAP_MASK;
 207 }
 208
 209 /*
 210  * The maximum index which can be stored in a radix tree
 211  */
 212 static inline unsigned long shift_maxindex(unsigned int shift)
 213 {
 214         return (RADIX_TREE_MAP_SIZE << shift) - 1;
 215 }
 216
 217 static inline unsigned long node_maxindex(const struct radix_tree_node *node)
 218 {
 219         return shift_maxindex(node->shift);
 220 }
 221
 222 static unsigned long next_index(unsigned long index,
 223                                 const struct radix_tree_node *node,
 224                                 unsigned long offset)
 225 {
 226         return (index & ~node_maxindex(node)) + (offset << node->shift);
 227 }
 228
 229 /*
 230  * This assumes that the caller has performed appropriate preallocation, and
 231  * that the caller has pinned this thread of control to the current CPU.
 232  */
 233 static struct radix_tree_node *
 234 radix_tree_node_alloc(gfp_t gfp_mask, struct radix_tree_node *parent,
 235                         struct radix_tree_root *root,
 236                         unsigned int shift, unsigned int offset,
 237                         unsigned int count, unsigned int nr_values)
 238 {
 239         struct radix_tree_node *ret = NULL;
 240
 241         /*
 242          * Preload code isn't irq safe and it doesn't make sense to use
 243          * preloading during an interrupt anyway as all the allocations have
 244          * to be atomic. So just do normal allocation when in interrupt.
 245          */
 246         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) && !in_interrupt()) {
 247                 struct radix_tree_preload *rtp;
 248
 249                 /*
 250                  * Even if the caller has preloaded, try to allocate from the
 251                  * cache first for the new node to get accounted to the memory
 252                  * cgroup.
 253                  */
 254                 ret = kmem_cache_alloc(radix_tree_node_cachep,
 255                                        gfp_mask | __GFP_NOWARN);
 256                 if (ret)
 257                         goto out;
 258
 259                 /*
 260                  * Provided the caller has preloaded here, we will always
 261                  * succeed in getting a node here (and never reach
 262                  * kmem_cache_alloc)
 263                  */
 264                 rtp = this_cpu_ptr(&radix_tree_preloads);
 265                 if (rtp->nr) {
 266                         ret = rtp->nodes;
 267                         rtp->nodes = ret->parent;
 268                         rtp->nr--;
 269                 }
 270                 /*
 271                  * Update the allocation stack trace as this is more useful
 272                  * for debugging.
 273                  */
 274                 kmemleak_update_trace(ret);
 275                 goto out;
 276         }
 277         ret = kmem_cache_alloc(radix_tree_node_cachep, gfp_mask);
 278 out:
 279         BUG_ON(radix_tree_is_internal_node(ret));
 280         if (ret) {
 281                 ret->shift = shift;
 282                 ret->offset = offset;
 283                 ret->count = count;
 284                 ret->nr_values = nr_values;
 285                 ret->parent = parent;
 286                 ret->array = root;
 287         }
 288         return ret;
 289 }
 290
 291 void radix_tree_node_rcu_free(struct rcu_head *head)
 292 {
 293         struct radix_tree_node *node =
 294                         container_of(head, struct radix_tree_node, rcu_head);
 295
 296         /*
 297          * Must only free zeroed nodes into the slab.  We can be left with
 298          * non-NULL entries by radix_tree_free_nodes, so clear the entries
 299          * and tags here.
 300          */
 301         memset(node->slots, 0, sizeof(node->slots));
 302         memset(node->tags, 0, sizeof(node->tags));
 303         INIT_LIST_HEAD(&node->private_list);
 304
 305         kmem_cache_free(radix_tree_node_cachep, node);
 306 }
 307
 308 static inline void
 309 radix_tree_node_free(struct radix_tree_node *node)
 310 {
 311         call_rcu(&node->rcu_head, radix_tree_node_rcu_free);
 312 }
 313
 314 /*
 315  * Load up this CPU's radix_tree_node buffer with sufficient objects to
 316  * ensure that the addition of a single element in the tree cannot fail.  On
 317  * success, return zero, with preemption disabled.  On error, return -ENOMEM
 318  * with preemption not disabled.
 319  *
 320  * To make use of this facility, the radix tree must be initialised without
 321  * __GFP_DIRECT_RECLAIM being passed to INIT_RADIX_TREE().
 322  */
 323 static __must_check int __radix_tree_preload(gfp_t gfp_mask, unsigned nr)
 324 {
 325         struct radix_tree_preload *rtp;
 326         struct radix_tree_node *node;
 327         int ret = -ENOMEM;
 328
 329         /*
 330          * Nodes preloaded by one cgroup can be be used by another cgroup, so
 331          * they should never be accounted to any particular memory cgroup.
 332          */
 333         gfp_mask &= ~__GFP_ACCOUNT;
 334
 335         preempt_disable();
 336         rtp = this_cpu_ptr(&radix_tree_preloads);
 337         while (rtp->nr < nr) {
 338                 preempt_enable();
 339                 node = kmem_cache_alloc(radix_tree_node_cachep, gfp_mask);
 340                 if (node == NULL)
 341                         goto out;
 342                 preempt_disable();
 343                 rtp = this_cpu_ptr(&radix_tree_preloads);
 344                 if (rtp->nr < nr) {
 345                         node->parent = rtp->nodes;
 346                         rtp->nodes = node;
 347                         rtp->nr++;
 348                 } else {
 349                         kmem_cache_free(radix_tree_node_cachep, node);
 350                 }
 351         }
 352         ret = 0;
 353 out:
 354         return ret;
 355 }
 356
 357 /*
 358  * Load up this CPU's radix_tree_node buffer with sufficient objects to
 359  * ensure that the addition of a single element in the tree cannot fail.  On
 360  * success, return zero, with preemption disabled.  On error, return -ENOMEM
 361  * with preemption not disabled.
 362  *
 363  * To make use of this facility, the radix tree must be initialised without
 364  * __GFP_DIRECT_RECLAIM being passed to INIT_RADIX_TREE().
 365  */
 366 int radix_tree_preload(gfp_t gfp_mask)
 367 {
 368         /* Warn on non-sensical use... */
 369         WARN_ON_ONCE(!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask));
 370         return __radix_tree_preload(gfp_mask, RADIX_TREE_PRELOAD_SIZE);
 371 }
 372 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_preload);
 373
 374 /*
 375  * The same as above function, except we don't guarantee preloading happens.
 376  * We do it, if we decide it helps. On success, return zero with preemption
 377  * disabled. On error, return -ENOMEM with preemption not disabled.
 378  */
 379 int radix_tree_maybe_preload(gfp_t gfp_mask)
 380 {
 381         if (gfpflags_allow_blocking(gfp_mask))
 382                 return __radix_tree_preload(gfp_mask, RADIX_TREE_PRELOAD_SIZE);
 383         /* Preloading doesn't help anything with this gfp mask, skip it */
 384         preempt_disable();
 385         return 0;
 386 }
 387 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_maybe_preload);
 388
 389 static unsigned radix_tree_load_root(const struct radix_tree_root *root,
 390                 struct radix_tree_node **nodep, unsigned long *maxindex)
 391 {
 392         struct radix_tree_node *node = rcu_dereference_raw(root->xa_head);
 393
 394         *nodep = node;
 395
 396         if (likely(radix_tree_is_internal_node(node))) {
 397                 node = entry_to_node(node);
 398                 *maxindex = node_maxindex(node);
 399                 return node->shift + RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 400         }
 401
 402         *maxindex = 0;
 403         return 0;
 404 }
 405
 406 /*
 407  *      Extend a radix tree so it can store key @index.
 408  */
 409 static int radix_tree_extend(struct radix_tree_root *root, gfp_t gfp,
 410                                 unsigned long index, unsigned int shift)
 411 {
 412         void *entry;
 413         unsigned int maxshift;
 414         int tag;
 415
 416         /* Figure out what the shift should be.  */
 417         maxshift = shift;
 418         while (index > shift_maxindex(maxshift))
 419                 maxshift += RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 420
 421         entry = rcu_dereference_raw(root->xa_head);
 422         if (!entry && (!is_idr(root) || root_tag_get(root, IDR_FREE)))
 423                 goto out;
 424
 425         do {
 426                 struct radix_tree_node *node = radix_tree_node_alloc(gfp, NULL,
 427                                                         root, shift, 0, 1, 0);
 428                 if (!node)
 429                         return -ENOMEM;
 430
 431                 if (is_idr(root)) {
 432                         all_tag_set(node, IDR_FREE);
 433                         if (!root_tag_get(root, IDR_FREE)) {
 434                                 tag_clear(node, IDR_FREE, 0);
 435                                 root_tag_set(root, IDR_FREE);
 436                         }
 437                 } else {
 438                         /* Propagate the aggregated tag info to the new child */
 439                         for (tag = 0; tag < RADIX_TREE_MAX_TAGS; tag++) {
 440                                 if (root_tag_get(root, tag))
 441                                         tag_set(node, tag, 0);
 442                         }
 443                 }
 444
 445                 BUG_ON(shift > BITS_PER_LONG);
 446                 if (radix_tree_is_internal_node(entry)) {
 447                         entry_to_node(entry)->parent = node;
 448                 } else if (xa_is_value(entry)) {
 449                         /* Moving a value entry root->xa_head to a node */
 450                         node->nr_values = 1;
 451                 }
 452                 /*
 453                  * entry was already in the radix tree, so we do not need
 454                  * rcu_assign_pointer here
 455                  */
 456                 node->slots[0] = (void __rcu *)entry;
 457                 entry = node_to_entry(node);
 458                 rcu_assign_pointer(root->xa_head, entry);
 459                 shift += RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 460         } while (shift <= maxshift);
 461 out:
 462         return maxshift + RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 463 }
 464
 465 /**
 466  *      radix_tree_shrink    -    shrink radix tree to minimum height
 467  *      @root           radix tree root
 468  */
 469 static inline bool radix_tree_shrink(struct radix_tree_root *root)
 470 {
 471         bool shrunk = false;
 472
 473         for (;;) {
 474                 struct radix_tree_node *node = rcu_dereference_raw(root->xa_head);
 475                 struct radix_tree_node *child;
 476
 477                 if (!radix_tree_is_internal_node(node))
 478                         break;
 479                 node = entry_to_node(node);
 480
 481                 /*
 482                  * The candidate node has more than one child, or its child
 483                  * is not at the leftmost slot, we cannot shrink.
 484                  */
 485                 if (node->count != 1)
 486                         break;
 487                 child = rcu_dereference_raw(node->slots[0]);
 488                 if (!child)
 489                         break;
 490
 491                 /*
 492                  * For an IDR, we must not shrink entry 0 into the root in
 493                  * case somebody calls idr_replace() with a pointer that
 494                  * appears to be an internal entry
 495                  */
 496                 if (!node->shift && is_idr(root))
 497                         break;
 498
 499                 if (radix_tree_is_internal_node(child))
 500                         entry_to_node(child)->parent = NULL;
 501
 502                 /*
 503                  * We don't need rcu_assign_pointer(), since we are simply
 504                  * moving the node from one part of the tree to another: if it
 505                  * was safe to dereference the old pointer to it
 506                  * (node->slots[0]), it will be safe to dereference the new
 507                  * one (root->xa_head) as far as dependent read barriers go.
 508                  */
 509                 root->xa_head = (void __rcu *)child;
 510                 if (is_idr(root) && !tag_get(node, IDR_FREE, 0))
 511                         root_tag_clear(root, IDR_FREE);
 512
 513                 /*
 514                  * We have a dilemma here. The node's slot[0] must not be
 515                  * NULLed in case there are concurrent lookups expecting to
 516                  * find the item. However if this was a bottom-level node,
 517                  * then it may be subject to the slot pointer being visible
 518                  * to callers dereferencing it. If item corresponding to
 519                  * slot[0] is subsequently deleted, these callers would expect
 520                  * their slot to become empty sooner or later.
 521                  *
 522                  * For example, lockless pagecache will look up a slot, deref
 523                  * the page pointer, and if the page has 0 refcount it means it
 524                  * was concurrently deleted from pagecache so try the deref
 525                  * again. Fortunately there is already a requirement for logic
 526                  * to retry the entire slot lookup -- the indirect pointer
 527                  * problem (replacing direct root node with an indirect pointer
 528                  * also results in a stale slot). So tag the slot as indirect
 529                  * to force callers to retry.
 530                  */
 531                 node->count = 0;
 532                 if (!radix_tree_is_internal_node(child)) {
 533                         node->slots[0] = (void __rcu *)RADIX_TREE_RETRY;
 534                 }
 535
 536                 WARN_ON_ONCE(!list_empty(&node->private_list));
 537                 radix_tree_node_free(node);
 538                 shrunk = true;
 539         }
 540
 541         return shrunk;
 542 }
 543
 544 static bool delete_node(struct radix_tree_root *root,
 545                         struct radix_tree_node *node)
 546 {
 547         bool deleted = false;
 548
 549         do {
 550                 struct radix_tree_node *parent;
 551
 552                 if (node->count) {
 553                         if (node_to_entry(node) ==
 554                                         rcu_dereference_raw(root->xa_head))
 555                                 deleted |= radix_tree_shrink(root);
 556                         return deleted;
 557                 }
 558
 559                 parent = node->parent;
 560                 if (parent) {
 561                         parent->slots[node->offset] = NULL;
 562                         parent->count--;
 563                 } else {
 564                         /*
 565                          * Shouldn't the tags already have all been cleared
 566                          * by the caller?
 567                          */
 568                         if (!is_idr(root))
 569                                 root_tag_clear_all(root);
 570                         root->xa_head = NULL;
 571                 }
 572
 573                 WARN_ON_ONCE(!list_empty(&node->private_list));
 574                 radix_tree_node_free(node);
 575                 deleted = true;
 576
 577                 node = parent;
 578         } while (node);
 579
 580         return deleted;
 581 }
 582
 583 /**
 584  *      __radix_tree_create     -       create a slot in a radix tree
 585  *      @root:          radix tree root
 586  *      @index:         index key
 587  *      @nodep:         returns node
 588  *      @slotp:         returns slot
 589  *
 590  *      Create, if necessary, and return the node and slot for an item
 591  *      at position @index in the radix tree @root.
 592  *
 593  *      Until there is more than one item in the tree, no nodes are
 594  *      allocated and @root->xa_head is used as a direct slot instead of
 595  *      pointing to a node, in which case *@nodep will be NULL.
 596  *
 597  *      Returns -ENOMEM, or 0 for success.
 598  */
 599 static int __radix_tree_create(struct radix_tree_root *root,
 600                 unsigned long index, struct radix_tree_node **nodep,
 601                 void __rcu ***slotp)
 602 {
 603         struct radix_tree_node *node = NULL, *child;
 604         void __rcu **slot = (void __rcu **)&root->xa_head;
 605         unsigned long maxindex;
 606         unsigned int shift, offset = 0;
 607         unsigned long max = index;
 608         gfp_t gfp = root_gfp_mask(root);
 609
 610         shift = radix_tree_load_root(root, &child, &maxindex);
 611
 612         /* Make sure the tree is high enough.  */
 613         if (max > maxindex) {
 614                 int error = radix_tree_extend(root, gfp, max, shift);
 615                 if (error < 0)
 616                         return error;
 617                 shift = error;
 618                 child = rcu_dereference_raw(root->xa_head);
 619         }
 620
 621         while (shift > 0) {
 622                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 623                 if (child == NULL) {
 624                         /* Have to add a child node.  */
 625                         child = radix_tree_node_alloc(gfp, node, root, shift,
 626                                                         offset, 0, 0);
 627                         if (!child)
 628                                 return -ENOMEM;
 629                         rcu_assign_pointer(*slot, node_to_entry(child));
 630                         if (node)
 631                                 node->count++;
 632                 } else if (!radix_tree_is_internal_node(child))
 633                         break;
 634
 635                 /* Go a level down */
 636                 node = entry_to_node(child);
 637                 offset = radix_tree_descend(node, &child, index);
 638                 slot = &node->slots[offset];
 639         }
 640
 641         if (nodep)
 642                 *nodep = node;
 643         if (slotp)
 644                 *slotp = slot;
 645         return 0;
 646 }
 647
 648 /*
 649  * Free any nodes below this node.  The tree is presumed to not need
 650  * shrinking, and any user data in the tree is presumed to not need a
 651  * destructor called on it.  If we need to add a destructor, we can
 652  * add that functionality later.  Note that we may not clear tags or
 653  * slots from the tree as an RCU walker may still have a pointer into
 654  * this subtree.  We could replace the entries with RADIX_TREE_RETRY,
 655  * but we'll still have to clear those in rcu_free.
 656  */
 657 static void radix_tree_free_nodes(struct radix_tree_node *node)
 658 {
 659         unsigned offset = 0;
 660         struct radix_tree_node *child = entry_to_node(node);
 661
 662         for (;;) {
 663                 void *entry = rcu_dereference_raw(child->slots[offset]);
 664                 if (xa_is_node(entry) && child->shift) {
 665                         child = entry_to_node(entry);
 666                         offset = 0;
 667                         continue;
 668                 }
 669                 offset++;
 670                 while (offset == RADIX_TREE_MAP_SIZE) {
 671                         struct radix_tree_node *old = child;
 672                         offset = child->offset + 1;
 673                         child = child->parent;
 674                         WARN_ON_ONCE(!list_empty(&old->private_list));
 675                         radix_tree_node_free(old);
 676                         if (old == entry_to_node(node))
 677                                 return;
 678                 }
 679         }
 680 }
 681
 682 static inline int insert_entries(struct radix_tree_node *node,
 683                 void __rcu **slot, void *item, bool replace)
 684 {
 685         if (*slot)
 686                 return -EEXIST;
 687         rcu_assign_pointer(*slot, item);
 688         if (node) {
 689                 node->count++;
 690                 if (xa_is_value(item))
 691                         node->nr_values++;
 692         }
 693         return 1;
 694 }
 695
 696 /**
 697  *      __radix_tree_insert    -    insert into a radix tree
 698  *      @root:          radix tree root
 699  *      @index:         index key
 700  *      @item:          item to insert
 701  *
 702  *      Insert an item into the radix tree at position @index.
 703  */
 704 int radix_tree_insert(struct radix_tree_root *root, unsigned long index,
 705                         void *item)
 706 {
 707         struct radix_tree_node *node;
 708         void __rcu **slot;
 709         int error;
 710
 711         BUG_ON(radix_tree_is_internal_node(item));
 712
 713         error = __radix_tree_create(root, index, &node, &slot);
 714         if (error)
 715                 return error;
 716
 717         error = insert_entries(node, slot, item, false);
 718         if (error < 0)
 719                 return error;
 720
 721         if (node) {
 722                 unsigned offset = get_slot_offset(node, slot);
 723                 BUG_ON(tag_get(node, 0, offset));
 724                 BUG_ON(tag_get(node, 1, offset));
 725                 BUG_ON(tag_get(node, 2, offset));
 726         } else {
 727                 BUG_ON(root_tags_get(root));
 728         }
 729
 730         return 0;
 731 }
 732 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_insert);
 733
 734 /**
 735  *      __radix_tree_lookup     -       lookup an item in a radix tree
 736  *      @root:          radix tree root
 737  *      @index:         index key
 738  *      @nodep:         returns node
 739  *      @slotp:         returns slot
 740  *
 741  *      Lookup and return the item at position @index in the radix
 742  *      tree @root.
 743  *
 744  *      Until there is more than one item in the tree, no nodes are
 745  *      allocated and @root->xa_head is used as a direct slot instead of
 746  *      pointing to a node, in which case *@nodep will be NULL.
 747  */
 748 void *__radix_tree_lookup(const struct radix_tree_root *root,
 749                           unsigned long index, struct radix_tree_node **nodep,
 750                           void __rcu ***slotp)
 751 {
 752         struct radix_tree_node *node, *parent;
 753         unsigned long maxindex;
 754         void __rcu **slot;
 755
 756  restart:
 757         parent = NULL;
 758         slot = (void __rcu **)&root->xa_head;
 759         radix_tree_load_root(root, &node, &maxindex);
 760         if (index > maxindex)
 761                 return NULL;
 762
 763         while (radix_tree_is_internal_node(node)) {
 764                 unsigned offset;
 765
 766                 parent = entry_to_node(node);
 767                 offset = radix_tree_descend(parent, &node, index);
 768                 slot = parent->slots + offset;
 769                 if (node == RADIX_TREE_RETRY)
 770                         goto restart;
 771                 if (parent->shift == 0)
 772                         break;
 773         }
 774
 775         if (nodep)
 776                 *nodep = parent;
 777         if (slotp)
 778                 *slotp = slot;
 779         return node;
 780 }
 781
 782 /**
 783  *      radix_tree_lookup_slot    -    lookup a slot in a radix tree
 784  *      @root:          radix tree root
 785  *      @index:         index key
 786  *
 787  *      Returns:  the slot corresponding to the position @index in the
 788  *      radix tree @root. This is useful for update-if-exists operations.
 789  *
 790  *      This function can be called under rcu_read_lock iff the slot is not
 791  *      modified by radix_tree_replace_slot, otherwise it must be called
 792  *      exclusive from other writers. Any dereference of the slot must be done
 793  *      using radix_tree_deref_slot.
 794  */
 795 void __rcu **radix_tree_lookup_slot(const struct radix_tree_root *root,
 796                                 unsigned long index)
 797 {
 798         void __rcu **slot;
 799
 800         if (!__radix_tree_lookup(root, index, NULL, &slot))
 801                 return NULL;
 802         return slot;
 803 }
 804 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_lookup_slot);
 805
 806 /**
 807  *      radix_tree_lookup    -    perform lookup operation on a radix tree
 808  *      @root:          radix tree root
 809  *      @index:         index key
 810  *
 811  *      Lookup the item at the position @index in the radix tree @root.
 812  *
 813  *      This function can be called under rcu_read_lock, however the caller
 814  *      must manage lifetimes of leaf nodes (eg. RCU may also be used to free
 815  *      them safely). No RCU barriers are required to access or modify the
 816  *      returned item, however.
 817  */
 818 void *radix_tree_lookup(const struct radix_tree_root *root, unsigned long index)
 819 {
 820         return __radix_tree_lookup(root, index, NULL, NULL);
 821 }
 822 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_lookup);
 823
 824 static void replace_slot(void __rcu **slot, void *item,
 825                 struct radix_tree_node *node, int count, int values)
 826 {
 827         if (node && (count || values)) {
 828                 node->count += count;
 829                 node->nr_values += values;
 830         }
 831
 832         rcu_assign_pointer(*slot, item);
 833 }
 834
 835 static bool node_tag_get(const struct radix_tree_root *root,
 836                                 const struct radix_tree_node *node,
 837                                 unsigned int tag, unsigned int offset)
 838 {
 839         if (node)
 840                 return tag_get(node, tag, offset);
 841         return root_tag_get(root, tag);
 842 }
 843
 844 /*
 845  * IDR users want to be able to store NULL in the tree, so if the slot isn't
 846  * free, don't adjust the count, even if it's transitioning between NULL and
 847  * non-NULL.  For the IDA, we mark slots as being IDR_FREE while they still
 848  * have empty bits, but it only stores NULL in slots when they're being
 849  * deleted.
 850  */
 851 static int calculate_count(struct radix_tree_root *root,
 852                                 struct radix_tree_node *node, void __rcu **slot,
 853                                 void *item, void *old)
 854 {
 855         if (is_idr(root)) {
 856                 unsigned offset = get_slot_offset(node, slot);
 857                 bool free = node_tag_get(root, node, IDR_FREE, offset);
 858                 if (!free)
 859                         return 0;
 860                 if (!old)
 861                         return 1;
 862         }
 863         return !!item - !!old;
 864 }
 865
 866 /**
 867  * __radix_tree_replace         - replace item in a slot
 868  * @root:               radix tree root
 869  * @node:               pointer to tree node
 870  * @slot:               pointer to slot in @node
 871  * @item:               new item to store in the slot.
 872  *
 873  * For use with __radix_tree_lookup().  Caller must hold tree write locked
 874  * across slot lookup and replacement.
 875  */
 876 void __radix_tree_replace(struct radix_tree_root *root,
 877                           struct radix_tree_node *node,
 878                           void __rcu **slot, void *item)
 879 {
 880         void *old = rcu_dereference_raw(*slot);
 881         int values = !!xa_is_value(item) - !!xa_is_value(old);
 882         int count = calculate_count(root, node, slot, item, old);
 883
 884         /*
 885          * This function supports replacing value entries and
 886          * deleting entries, but that needs accounting against the
 887          * node unless the slot is root->xa_head.
 888          */
 889         WARN_ON_ONCE(!node && (slot != (void __rcu **)&root->xa_head) &&
 890                         (count || values));
 891         replace_slot(slot, item, node, count, values);
 892
 893         if (!node)
 894                 return;
 895
 896         delete_node(root, node);
 897 }
 898
 899 /**
 900  * radix_tree_replace_slot      - replace item in a slot
 901  * @root:       radix tree root
 902  * @slot:       pointer to slot
 903  * @item:       new item to store in the slot.
 904  *
 905  * For use with radix_tree_lookup_slot() and
 906  * radix_tree_gang_lookup_tag_slot().  Caller must hold tree write locked
 907  * across slot lookup and replacement.
 908  *
 909  * NOTE: This cannot be used to switch between non-entries (empty slots),
 910  * regular entries, and value entries, as that requires accounting
 911  * inside the radix tree node. When switching from one type of entry or
 912  * deleting, use __radix_tree_lookup() and __radix_tree_replace() or
 913  * radix_tree_iter_replace().
 914  */
 915 void radix_tree_replace_slot(struct radix_tree_root *root,
 916                              void __rcu **slot, void *item)
 917 {
 918         __radix_tree_replace(root, NULL, slot, item);
 919 }
 920 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_replace_slot);
 921
 922 /**
 923  * radix_tree_iter_replace - replace item in a slot
 924  * @root:       radix tree root
 925  * @slot:       pointer to slot
 926  * @item:       new item to store in the slot.
 927  *
 928  * For use with radix_tree_for_each_slot().
 929  * Caller must hold tree write locked.
 930  */
 931 void radix_tree_iter_replace(struct radix_tree_root *root,
 932                                 const struct radix_tree_iter *iter,
 933                                 void __rcu **slot, void *item)
 934 {
 935         __radix_tree_replace(root, iter->node, slot, item);
 936 }
 937
 938 static void node_tag_set(struct radix_tree_root *root,
 939                                 struct radix_tree_node *node,
 940                                 unsigned int tag, unsigned int offset)
 941 {
 942         while (node) {
 943                 if (tag_get(node, tag, offset))
 944                         return;
 945                 tag_set(node, tag, offset);
 946                 offset = node->offset;
 947                 node = node->parent;
 948         }
 949
 950         if (!root_tag_get(root, tag))
 951                 root_tag_set(root, tag);
 952 }
 953
 954 /**
 955  *      radix_tree_tag_set - set a tag on a radix tree node
 956  *      @root:          radix tree root
 957  *      @index:         index key
 958  *      @tag:           tag index
 959  *
 960  *      Set the search tag (which must be < RADIX_TREE_MAX_TAGS)
 961  *      corresponding to @index in the radix tree.  From
 962  *      the root all the way down to the leaf node.
 963  *
 964  *      Returns the address of the tagged item.  Setting a tag on a not-present
 965  *      item is a bug.
 966  */
 967 void *radix_tree_tag_set(struct radix_tree_root *root,
 968                         unsigned long index, unsigned int tag)
 969 {
 970         struct radix_tree_node *node, *parent;
 971         unsigned long maxindex;
 972
 973         radix_tree_load_root(root, &node, &maxindex);
 974         BUG_ON(index > maxindex);
 975
 976         while (radix_tree_is_internal_node(node)) {
 977                 unsigned offset;
 978
 979                 parent = entry_to_node(node);
 980                 offset = radix_tree_descend(parent, &node, index);
 981                 BUG_ON(!node);
 982
 983                 if (!tag_get(parent, tag, offset))
 984                         tag_set(parent, tag, offset);
 985         }
 986
 987         /* set the root's tag bit */
 988         if (!root_tag_get(root, tag))
 989                 root_tag_set(root, tag);
 990
 991         return node;
 992 }
 993 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_tag_set);
 994
 995 static void node_tag_clear(struct radix_tree_root *root,
 996                                 struct radix_tree_node *node,
 997                                 unsigned int tag, unsigned int offset)
 998 {
 999         while (node) {
1000                 if (!tag_get(node, tag, offset))
1001                         return;
1002                 tag_clear(node, tag, offset);
1003                 if (any_tag_set(node, tag))
1004                         return;
1005
1006                 offset = node->offset;
1007                 node = node->parent;
1008         }
1009
1010         /* clear the root's tag bit */
1011         if (root_tag_get(root, tag))
1012                 root_tag_clear(root, tag);
1013 }
1014
1015 /**
1016  *      radix_tree_tag_clear - clear a tag on a radix tree node
1017  *      @root:          radix tree root
1018  *      @index:         index key
1019  *      @tag:           tag index
1020  *
1021  *      Clear the search tag (which must be < RADIX_TREE_MAX_TAGS)
1022  *      corresponding to @index in the radix tree.  If this causes
1023  *      the leaf node to have no tags set then clear the tag in the
1024  *      next-to-leaf node, etc.
1025  *
1026  *      Returns the address of the tagged item on success, else NULL.  ie:
1027  *      has the same return value and semantics as radix_tree_lookup().
1028  */
1029 void *radix_tree_tag_clear(struct radix_tree_root *root,
1030                         unsigned long index, unsigned int tag)
1031 {
1032         struct radix_tree_node *node, *parent;
1033         unsigned long maxindex;
1034         int uninitialized_var(offset);
1035
1036         radix_tree_load_root(root, &node, &maxindex);
1037         if (index > maxindex)
1038                 return NULL;
1039
1040         parent = NULL;
1041
1042         while (radix_tree_is_internal_node(node)) {
1043                 parent = entry_to_node(node);
1044                 offset = radix_tree_descend(parent, &node, index);
1045         }
1046
1047         if (node)
1048                 node_tag_clear(root, parent, tag, offset);
1049
1050         return node;
1051 }
1052 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_tag_clear);
1053
1054 /**
1055   * radix_tree_iter_tag_clear - clear a tag on the current iterator entry
1056   * @root: radix tree root
1057   * @iter: iterator state
1058   * @tag: tag to clear
1059   */
1060 void radix_tree_iter_tag_clear(struct radix_tree_root *root,
1061                         const struct radix_tree_iter *iter, unsigned int tag)
1062 {
1063         node_tag_clear(root, iter->node, tag, iter_offset(iter));
1064 }
1065
1066 /**
1067  * radix_tree_tag_get - get a tag on a radix tree node
1068  * @root:               radix tree root
1069  * @index:              index key
1070  * @tag:                tag index (< RADIX_TREE_MAX_TAGS)
1071  *
1072  * Return values:
1073  *
1074  *  0: tag not present or not set
1075  *  1: tag set
1076  *
1077  * Note that the return value of this function may not be relied on, even if
1078  * the RCU lock is held, unless tag modification and node deletion are excluded
1079  * from concurrency.
1080  */
1081 int radix_tree_tag_get(const struct radix_tree_root *root,
1082                         unsigned long index, unsigned int tag)
1083 {
1084         struct radix_tree_node *node, *parent;
1085         unsigned long maxindex;
1086
1087         if (!root_tag_get(root, tag))
1088                 return 0;
1089
1090         radix_tree_load_root(root, &node, &maxindex);
1091         if (index > maxindex)
1092                 return 0;
1093
1094         while (radix_tree_is_internal_node(node)) {
1095                 unsigned offset;
1096
1097                 parent = entry_to_node(node);
1098                 offset = radix_tree_descend(parent, &node, index);
1099
1100                 if (!tag_get(parent, tag, offset))
1101                         return 0;
1102                 if (node == RADIX_TREE_RETRY)
1103                         break;
1104         }
1105
1106         return 1;
1107 }
1108 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_tag_get);
1109
1110 /* Construct iter->tags bit-mask from node->tags[tag] array */
1111 static void set_iter_tags(struct radix_tree_iter *iter,
1112                                 struct radix_tree_node *node, unsigned offset,
1113                                 unsigned tag)
1114 {
1115         unsigned tag_long = offset / BITS_PER_LONG;
1116         unsigned tag_bit  = offset % BITS_PER_LONG;
1117
1118         if (!node) {
1119                 iter->tags = 1;
1120                 return;
1121         }
1122
1123         iter->tags = node->tags[tag][tag_long] >> tag_bit;
1124
1125         /* This never happens if RADIX_TREE_TAG_LONGS == 1 */
1126         if (tag_long < RADIX_TREE_TAG_LONGS - 1) {
1127                 /* Pick tags from next element */
1128                 if (tag_bit)
1129                         iter->tags |= node->tags[tag][tag_long + 1] <<
1130                                                 (BITS_PER_LONG - tag_bit);
1131                 /* Clip chunk size, here only BITS_PER_LONG tags */
1132                 iter->next_index = __radix_tree_iter_add(iter, BITS_PER_LONG);
1133         }
1134 }
1135
1136 void __rcu **radix_tree_iter_resume(void __rcu **slot,
1137                                         struct radix_tree_iter *iter)
1138 {
1139         slot++;
1140         iter->index = __radix_tree_iter_add(iter, 1);
1141         iter->next_index = iter->index;
1142         iter->tags = 0;
1143         return NULL;
1144 }
1145 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_iter_resume);
1146
1147 /**
1148  * radix_tree_next_chunk - find next chunk of slots for iteration
1149  *
1150  * @root:       radix tree root
1151  * @iter:       iterator state
1152  * @flags:      RADIX_TREE_ITER_* flags and tag index
1153  * Returns:     pointer to chunk first slot, or NULL if iteration is over
1154  */
1155 void __rcu **radix_tree_next_chunk(const struct radix_tree_root *root,
1156                              struct radix_tree_iter *iter, unsigned flags)
1157 {
1158         unsigned tag = flags & RADIX_TREE_ITER_TAG_MASK;
1159         struct radix_tree_node *node, *child;
1160         unsigned long index, offset, maxindex;
1161
1162         if ((flags & RADIX_TREE_ITER_TAGGED) && !root_tag_get(root, tag))
1163                 return NULL;
1164
1165         /*
1166          * Catch next_index overflow after ~0UL. iter->index never overflows
1167          * during iterating; it can be zero only at the beginning.
1168          * And we cannot overflow iter->next_index in a single step,
1169          * because RADIX_TREE_MAP_SHIFT < BITS_PER_LONG.
1170          *
1171          * This condition also used by radix_tree_next_slot() to stop
1172          * contiguous iterating, and forbid switching to the next chunk.
1173          */
1174         index = iter->next_index;
1175         if (!index && iter->index)
1176                 return NULL;
1177
1178  restart:
1179         radix_tree_load_root(root, &child, &maxindex);
1180         if (index > maxindex)
1181                 return NULL;
1182         if (!child)
1183                 return NULL;
1184
1185         if (!radix_tree_is_internal_node(child)) {
1186                 /* Single-slot tree */
1187                 iter->index = index;
1188                 iter->next_index = maxindex + 1;
1189                 iter->tags = 1;
1190                 iter->node = NULL;
1191                 return (void __rcu **)&root->xa_head;
1192         }
1193
1194         do {
1195                 node = entry_to_node(child);
1196                 offset = radix_tree_descend(node, &child, index);
1197
1198                 if ((flags & RADIX_TREE_ITER_TAGGED) ?
1199                                 !tag_get(node, tag, offset) : !child) {
1200                         /* Hole detected */
1201                         if (flags & RADIX_TREE_ITER_CONTIG)
1202                                 return NULL;
1203
1204                         if (flags & RADIX_TREE_ITER_TAGGED)
1205                                 offset = radix_tree_find_next_bit(node, tag,
1206                                                 offset + 1);
1207                         else
1208                                 while (++offset < RADIX_TREE_MAP_SIZE) {
1209                                         void *slot = rcu_dereference_raw(
1210                                                         node->slots[offset]);
1211                                         if (slot)
1212                                                 break;
1213                                 }
1214                         index &= ~node_maxindex(node);
1215                         index += offset << node->shift;
1216                         /* Overflow after ~0UL */
1217                         if (!index)
1218                                 return NULL;
1219                         if (offset == RADIX_TREE_MAP_SIZE)
1220                                 goto restart;
1221                         child = rcu_dereference_raw(node->slots[offset]);
1222                 }
1223
1224                 if (!child)
1225                         goto restart;
1226                 if (child == RADIX_TREE_RETRY)
1227                         break;
1228         } while (node->shift && radix_tree_is_internal_node(child));
1229
1230         /* Update the iterator state */
1231         iter->index = (index &~ node_maxindex(node)) | offset;
1232         iter->next_index = (index | node_maxindex(node)) + 1;
1233         iter->node = node;
1234
1235         if (flags & RADIX_TREE_ITER_TAGGED)
1236                 set_iter_tags(iter, node, offset, tag);
1237
1238         return node->slots + offset;
1239 }
1240 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_next_chunk);
1241
1242 /**
1243  *      radix_tree_gang_lookup - perform multiple lookup on a radix tree
1244  *      @root:          radix tree root
1245  *      @results:       where the results of the lookup are placed
1246  *      @first_index:   start the lookup from this key
1247  *      @max_items:     place up to this many items at *results
1248  *
1249  *      Performs an index-ascending scan of the tree for present items.  Places
1250  *      them at *@results and returns the number of items which were placed at
1251  *      *@results.
1252  *
1253  *      The implementation is naive.
1254  *
1255  *      Like radix_tree_lookup, radix_tree_gang_lookup may be called under
1256  *      rcu_read_lock. In this case, rather than the returned results being
1257  *      an atomic snapshot of the tree at a single point in time, the
1258  *      semantics of an RCU protected gang lookup are as though multiple
1259  *      radix_tree_lookups have been issued in individual locks, and results
1260  *      stored in 'results'.
1261  */
1262 unsigned int
1263 radix_tree_gang_lookup(const struct radix_tree_root *root, void **results,
1264                         unsigned long first_index, unsigned int max_items)
1265 {
1266         struct radix_tree_iter iter;
1267         void __rcu **slot;
1268         unsigned int ret = 0;
1269
1270         if (unlikely(!max_items))
1271                 return 0;
1272
1273         radix_tree_for_each_slot(slot, root, &iter, first_index) {
1274                 results[ret] = rcu_dereference_raw(*slot);
1275                 if (!results[ret])
1276                         continue;
1277                 if (radix_tree_is_internal_node(results[ret])) {
1278                         slot = radix_tree_iter_retry(&iter);
1279                         continue;
1280                 }
1281                 if (++ret == max_items)
1282                         break;
1283         }
1284
1285         return ret;
1286 }
1287 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_gang_lookup);
1288
1289 /**
1290  *      radix_tree_gang_lookup_tag - perform multiple lookup on a radix tree
1291  *                                   based on a tag
1292  *      @root:          radix tree root
1293  *      @results:       where the results of the lookup are placed
1294  *      @first_index:   start the lookup from this key
1295  *      @max_items:     place up to this many items at *results
1296  *      @tag:           the tag index (< RADIX_TREE_MAX_TAGS)
1297  *
1298  *      Performs an index-ascending scan of the tree for present items which
1299  *      have the tag indexed by @tag set.  Places the items at *@results and
1300  *      returns the number of items which were placed at *@results.
1301  */
1302 unsigned int
1303 radix_tree_gang_lookup_tag(const struct radix_tree_root *root, void **results,
1304                 unsigned long first_index, unsigned int max_items,
1305                 unsigned int tag)
1306 {
1307         struct radix_tree_iter iter;
1308         void __rcu **slot;
1309         unsigned int ret = 0;
1310
1311         if (unlikely(!max_items))
1312                 return 0;
1313
1314         radix_tree_for_each_tagged(slot, root, &iter, first_index, tag) {
1315                 results[ret] = rcu_dereference_raw(*slot);
1316                 if (!results[ret])
1317                         continue;
1318                 if (radix_tree_is_internal_node(results[ret])) {
1319                         slot = radix_tree_iter_retry(&iter);
1320                         continue;
1321                 }
1322                 if (++ret == max_items)
1323                         break;
1324         }
1325
1326         return ret;
1327 }
1328 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_gang_lookup_tag);
1329
1330 /**
1331  *      radix_tree_gang_lookup_tag_slot - perform multiple slot lookup on a
1332  *                                        radix tree based on a tag
1333  *      @root:          radix tree root
1334  *      @results:       where the results of the lookup are placed
1335  *      @first_index:   start the lookup from this key
1336  *      @max_items:     place up to this many items at *results
1337  *      @tag:           the tag index (< RADIX_TREE_MAX_TAGS)
1338  *
1339  *      Performs an index-ascending scan of the tree for present items which
1340  *      have the tag indexed by @tag set.  Places the slots at *@results and
1341  *      returns the number of slots which were placed at *@results.
1342  */
1343 unsigned int
1344 radix_tree_gang_lookup_tag_slot(const struct radix_tree_root *root,
1345                 void __rcu ***results, unsigned long first_index,
1346                 unsigned int max_items, unsigned int tag)
1347 {
1348         struct radix_tree_iter iter;
1349         void __rcu **slot;
1350         unsigned int ret = 0;
1351
1352         if (unlikely(!max_items))
1353                 return 0;
1354
1355         radix_tree_for_each_tagged(slot, root, &iter, first_index, tag) {
1356                 results[ret] = slot;
1357                 if (++ret == max_items)
1358                         break;
1359         }
1360
1361         return ret;
1362 }
1363 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_gang_lookup_tag_slot);
1364
1365 static bool __radix_tree_delete(struct radix_tree_root *root,
1366                                 struct radix_tree_node *node, void __rcu **slot)
1367 {
1368         void *old = rcu_dereference_raw(*slot);
1369         int values = xa_is_value(old) ? -1 : 0;
1370         unsigned offset = get_slot_offset(node, slot);
1371         int tag;
1372
1373         if (is_idr(root))
1374                 node_tag_set(root, node, IDR_FREE, offset);
1375         else
1376                 for (tag = 0; tag < RADIX_TREE_MAX_TAGS; tag++)
1377                         node_tag_clear(root, node, tag, offset);
1378
1379         replace_slot(slot, NULL, node, -1, values);
1380         return node && delete_node(root, node);
1381 }
1382
1383 /**
1384  * radix_tree_iter_delete - delete the entry at this iterator position
1385  * @root: radix tree root
1386  * @iter: iterator state
1387  * @slot: pointer to slot
1388  *
1389  * Delete the entry at the position currently pointed to by the iterator.
1390  * This may result in the current node being freed; if it is, the iterator
1391  * is advanced so that it will not reference the freed memory.  This
1392  * function may be called without any locking if there are no other threads
1393  * which can access this tree.
1394  */
1395 void radix_tree_iter_delete(struct radix_tree_root *root,
1396                                 struct radix_tree_iter *iter, void __rcu **slot)
1397 {
1398         if (__radix_tree_delete(root, iter->node, slot))
1399                 iter->index = iter->next_index;
1400 }
1401 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_iter_delete);
1402
1403 /**
1404  * radix_tree_delete_item - delete an item from a radix tree
1405  * @root: radix tree root
1406  * @index: index key
1407  * @item: expected item
1408  *
1409  * Remove @item at @index from the radix tree rooted at @root.
1410  *
1411  * Return: the deleted entry, or %NULL if it was not present
1412  * or the entry at the given @index was not @item.
1413  */
1414 void *radix_tree_delete_item(struct radix_tree_root *root,
1415                              unsigned long index, void *item)
1416 {
1417         struct radix_tree_node *node = NULL;
1418         void __rcu **slot = NULL;
1419         void *entry;
1420
1421         entry = __radix_tree_lookup(root, index, &node, &slot);
1422         if (!slot)
1423                 return NULL;
1424         if (!entry && (!is_idr(root) || node_tag_get(root, node, IDR_FREE,
1425                                                 get_slot_offset(node, slot))))
1426                 return NULL;
1427
1428         if (item && entry != item)
1429                 return NULL;
1430
1431         __radix_tree_delete(root, node, slot);
1432
1433         return entry;
1434 }
1435 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_delete_item);
1436
1437 /**
1438  * radix_tree_delete - delete an entry from a radix tree
1439  * @root: radix tree root
1440  * @index: index key
1441  *
1442  * Remove the entry at @index from the radix tree rooted at @root.
1443  *
1444  * Return: The deleted entry, or %NULL if it was not present.
1445  */
1446 void *radix_tree_delete(struct radix_tree_root *root, unsigned long index)
1447 {
1448         return radix_tree_delete_item(root, index, NULL);
1449 }
1450 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_delete);
1451
1452 /**
1453  *      radix_tree_tagged - test whether any items in the tree are tagged
1454  *      @root:          radix tree root
1455  *      @tag:           tag to test
1456  */
1457 int radix_tree_tagged(const struct radix_tree_root *root, unsigned int tag)
1458 {
1459         return root_tag_get(root, tag);
1460 }
1461 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_tagged);
1462
1463 /**
1464  * idr_preload - preload for idr_alloc()
1465  * @gfp_mask: allocation mask to use for preloading
1466  *
1467  * Preallocate memory to use for the next call to idr_alloc().  This function
1468  * returns with preemption disabled.  It will be enabled by idr_preload_end().
1469  */
1470 void idr_preload(gfp_t gfp_mask)
1471 {
1472         if (__radix_tree_preload(gfp_mask, IDR_PRELOAD_SIZE))
1473                 preempt_disable();
1474 }
1475 EXPORT_SYMBOL(idr_preload);
1476
1477 void __rcu **idr_get_free(struct radix_tree_root *root,
1478                               struct radix_tree_iter *iter, gfp_t gfp,
1479                               unsigned long max)
1480 {
1481         struct radix_tree_node *node = NULL, *child;
1482         void __rcu **slot = (void __rcu **)&root->xa_head;
1483         unsigned long maxindex, start = iter->next_index;
1484         unsigned int shift, offset = 0;
1485
1486  grow:
1487         shift = radix_tree_load_root(root, &child, &maxindex);
1488         if (!radix_tree_tagged(root, IDR_FREE))
1489                 start = max(start, maxindex + 1);
1490         if (start > max)
1491                 return ERR_PTR(-ENOSPC);
1492
1493         if (start > maxindex) {
1494                 int error = radix_tree_extend(root, gfp, start, shift);
1495                 if (error < 0)
1496                         return ERR_PTR(error);
1497                 shift = error;
1498                 child = rcu_dereference_raw(root->xa_head);
1499         }
1500         if (start == 0 && shift == 0)
1501                 shift = RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
1502
1503         while (shift) {
1504                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
1505                 if (child == NULL) {
1506                         /* Have to add a child node.  */
1507                         child = radix_tree_node_alloc(gfp, node, root, shift,
1508                                                         offset, 0, 0);
1509                         if (!child)
1510                                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1511                         all_tag_set(child, IDR_FREE);
1512                         rcu_assign_pointer(*slot, node_to_entry(child));
1513                         if (node)
1514                                 node->count++;
1515                 } else if (!radix_tree_is_internal_node(child))
1516                         break;
1517
1518                 node = entry_to_node(child);
1519                 offset = radix_tree_descend(node, &child, start);
1520                 if (!tag_get(node, IDR_FREE, offset)) {
1521                         offset = radix_tree_find_next_bit(node, IDR_FREE,
1522                                                         offset + 1);
1523                         start = next_index(start, node, offset);
1524                         if (start > max || start == 0)
1525                                 return ERR_PTR(-ENOSPC);
1526                         while (offset == RADIX_TREE_MAP_SIZE) {
1527                                 offset = node->offset + 1;
1528                                 node = node->parent;
1529                                 if (!node)
1530                                         goto grow;
1531                                 shift = node->shift;
1532                         }
1533                         child = rcu_dereference_raw(node->slots[offset]);
1534                 }
1535                 slot = &node->slots[offset];
1536         }
1537
1538         iter->index = start;
1539         if (node)
1540                 iter->next_index = 1 + min(max, (start | node_maxindex(node)));
1541         else
1542                 iter->next_index = 1;
1543         iter->node = node;
1544         set_iter_tags(iter, node, offset, IDR_FREE);
1545
1546         return slot;
1547 }
1548
1549 /**
1550  * idr_destroy - release all internal memory from an IDR
1551  * @idr: idr handle
1552  *
1553  * After this function is called, the IDR is empty, and may be reused or
1554  * the data structure containing it may be freed.
1555  *
1556  * A typical clean-up sequence for objects stored in an idr tree will use
1557  * idr_for_each() to free all objects, if necessary, then idr_destroy() to
1558  * free the memory used to keep track of those objects.
1559  */
1560 void idr_destroy(struct idr *idr)
1561 {
1562         struct radix_tree_node *node = rcu_dereference_raw(idr->idr_rt.xa_head);
1563         if (radix_tree_is_internal_node(node))
1564                 radix_tree_free_nodes(node);
1565         idr->idr_rt.xa_head = NULL;
1566         root_tag_set(&idr->idr_rt, IDR_FREE);
1567 }
1568 EXPORT_SYMBOL(idr_destroy);
1569
1570 static void
1571 radix_tree_node_ctor(void *arg)
1572 {
1573         struct radix_tree_node *node = arg;
1574
1575         memset(node, 0, sizeof(*node));
1576         INIT_LIST_HEAD(&node->private_list);
1577 }
1578
1579 static int radix_tree_cpu_dead(unsigned int cpu)
1580 {
1581         struct radix_tree_preload *rtp;
1582         struct radix_tree_node *node;
1583
1584         /* Free per-cpu pool of preloaded nodes */
1585         rtp = &per_cpu(radix_tree_preloads, cpu);
1586         while (rtp->nr) {
1587                 node = rtp->nodes;
1588                 rtp->nodes = node->parent;
1589                 kmem_cache_free(radix_tree_node_cachep, node);
1590                 rtp->nr--;
1591         }
1592         return 0;
1593 }
1594
1595 void __init radix_tree_init(void)
1596 {
1597         int ret;
1598
1599         BUILD_BUG_ON(RADIX_TREE_MAX_TAGS + __GFP_BITS_SHIFT > 32);
1600         BUILD_BUG_ON(ROOT_IS_IDR & ~GFP_ZONEMASK);
1601         BUILD_BUG_ON(XA_CHUNK_SIZE > 255);
1602         radix_tree_node_cachep = kmem_cache_create("radix_tree_node",
1603                         sizeof(struct radix_tree_node), 0,
1604                         SLAB_PANIC | SLAB_RECLAIM_ACCOUNT,
1605                         radix_tree_node_ctor);
1606         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_RADIX_DEAD, "lib/radix:dead",
1607                                         NULL, radix_tree_cpu_dead);
1608         WARN_ON(ret < 0);
1609 }