lib/radix-tree.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2001 Momchil Velikov
   3  * Portions Copyright (C) 2001 Christoph Hellwig
   4  * Copyright (C) 2005 SGI, Christoph Lameter
   5  * Copyright (C) 2006 Nick Piggin
   6  *
   7  * This program is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU General Public License as
   9  * published by the Free Software Foundation; either version 2, or (at
  10  * your option) any later version.
  11  *
  12  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  13  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  18  * along with this program; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  20  */
  21
  22 #include <linux/errno.h>
  23 #include <linux/init.h>
  24 #include <linux/kernel.h>
  25 #include <linux/module.h>
  26 #include <linux/radix-tree.h>
  27 #include <linux/percpu.h>
  28 #include <linux/slab.h>
  29 #include <linux/notifier.h>
  30 #include <linux/cpu.h>
  31 #include <linux/gfp.h>
  32 #include <linux/string.h>
  33 #include <linux/bitops.h>
  34 #include <linux/rcupdate.h>
  35
  36
  37 #ifdef __KERNEL__
  38 #define RADIX_TREE_MAP_SHIFT    (CONFIG_BASE_SMALL ? 4 : 6)
  39 #else
  40 #define RADIX_TREE_MAP_SHIFT    3       /* For more stressful testing */
  41 #endif
  42
  43 #define RADIX_TREE_MAP_SIZE     (1UL << RADIX_TREE_MAP_SHIFT)
  44 #define RADIX_TREE_MAP_MASK     (RADIX_TREE_MAP_SIZE-1)
  45
  46 #define RADIX_TREE_TAG_LONGS    \
  47         ((RADIX_TREE_MAP_SIZE + BITS_PER_LONG - 1) / BITS_PER_LONG)
  48
  49 struct radix_tree_node {
  50         unsigned int    height;         /* Height from the bottom */
  51         unsigned int    count;
  52         struct rcu_head rcu_head;
  53         void            *slots[RADIX_TREE_MAP_SIZE];
  54         unsigned long   tags[RADIX_TREE_MAX_TAGS][RADIX_TREE_TAG_LONGS];
  55 };
  56
  57 struct radix_tree_path {
  58         struct radix_tree_node *node;
  59         int offset;
  60 };
  61
  62 #define RADIX_TREE_INDEX_BITS  (8 /* CHAR_BIT */ * sizeof(unsigned long))
  63 #define RADIX_TREE_MAX_PATH (DIV_ROUND_UP(RADIX_TREE_INDEX_BITS, \
  64                                           RADIX_TREE_MAP_SHIFT))
  65
  66 /*
  67  * The height_to_maxindex array needs to be one deeper than the maximum
  68  * path as height 0 holds only 1 entry.
  69  */
  70 static unsigned long height_to_maxindex[RADIX_TREE_MAX_PATH + 1] __read_mostly;
  71
  72 /*
  73  * Radix tree node cache.
  74  */
  75 static struct kmem_cache *radix_tree_node_cachep;
  76
  77 /*
  78  * Per-cpu pool of preloaded nodes
  79  */
  80 struct radix_tree_preload {
  81         int nr;
  82         struct radix_tree_node *nodes[RADIX_TREE_MAX_PATH];
  83 };
  84 static DEFINE_PER_CPU(struct radix_tree_preload, radix_tree_preloads) = { 0, };
  85
  86 static inline gfp_t root_gfp_mask(struct radix_tree_root *root)
  87 {
  88         return root->gfp_mask & __GFP_BITS_MASK;
  89 }
  90
  91 static inline void tag_set(struct radix_tree_node *node, unsigned int tag,
  92                 int offset)
  93 {
  94         __set_bit(offset, node->tags[tag]);
  95 }
  96
  97 static inline void tag_clear(struct radix_tree_node *node, unsigned int tag,
  98                 int offset)
  99 {
 100         __clear_bit(offset, node->tags[tag]);
 101 }
 102
 103 static inline int tag_get(struct radix_tree_node *node, unsigned int tag,
 104                 int offset)
 105 {
 106         return test_bit(offset, node->tags[tag]);
 107 }
 108
 109 static inline void root_tag_set(struct radix_tree_root *root, unsigned int tag)
 110 {
 111         root->gfp_mask |= (__force gfp_t)(1 << (tag + __GFP_BITS_SHIFT));
 112 }
 113
 114 static inline void root_tag_clear(struct radix_tree_root *root, unsigned int tag)
 115 {
 116         root->gfp_mask &= (__force gfp_t)~(1 << (tag + __GFP_BITS_SHIFT));
 117 }
 118
 119 static inline void root_tag_clear_all(struct radix_tree_root *root)
 120 {
 121         root->gfp_mask &= __GFP_BITS_MASK;
 122 }
 123
 124 static inline int root_tag_get(struct radix_tree_root *root, unsigned int tag)
 125 {
 126         return (__force unsigned)root->gfp_mask & (1 << (tag + __GFP_BITS_SHIFT));
 127 }
 128
 129 /*
 130  * Returns 1 if any slot in the node has this tag set.
 131  * Otherwise returns 0.
 132  */
 133 static inline int any_tag_set(struct radix_tree_node *node, unsigned int tag)
 134 {
 135         int idx;
 136         for (idx = 0; idx < RADIX_TREE_TAG_LONGS; idx++) {
 137                 if (node->tags[tag][idx])
 138                         return 1;
 139         }
 140         return 0;
 141 }
 142 /*
 143  * This assumes that the caller has performed appropriate preallocation, and
 144  * that the caller has pinned this thread of control to the current CPU.
 145  */
 146 static struct radix_tree_node *
 147 radix_tree_node_alloc(struct radix_tree_root *root)
 148 {
 149         struct radix_tree_node *ret = NULL;
 150         gfp_t gfp_mask = root_gfp_mask(root);
 151
 152         if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT)) {
 153                 struct radix_tree_preload *rtp;
 154
 155                 /*
 156                  * Provided the caller has preloaded here, we will always
 157                  * succeed in getting a node here (and never reach
 158                  * kmem_cache_alloc)
 159                  */
 160                 rtp = &__get_cpu_var(radix_tree_preloads);
 161                 if (rtp->nr) {
 162                         ret = rtp->nodes[rtp->nr - 1];
 163                         rtp->nodes[rtp->nr - 1] = NULL;
 164                         rtp->nr--;
 165                 }
 166         }
 167         if (ret == NULL)
 168                 ret = kmem_cache_alloc(radix_tree_node_cachep, gfp_mask);
 169
 170         BUG_ON(radix_tree_is_indirect_ptr(ret));
 171         return ret;
 172 }
 173
 174 static void radix_tree_node_rcu_free(struct rcu_head *head)
 175 {
 176         struct radix_tree_node *node =
 177                         container_of(head, struct radix_tree_node, rcu_head);
 178
 179         /*
 180          * must only free zeroed nodes into the slab. radix_tree_shrink
 181          * can leave us with a non-NULL entry in the first slot, so clear
 182          * that here to make sure.
 183          */
 184         tag_clear(node, 0, 0);
 185         tag_clear(node, 1, 0);
 186         node->slots[0] = NULL;
 187         node->count = 0;
 188
 189         kmem_cache_free(radix_tree_node_cachep, node);
 190 }
 191
 192 static inline void
 193 radix_tree_node_free(struct radix_tree_node *node)
 194 {
 195         call_rcu(&node->rcu_head, radix_tree_node_rcu_free);
 196 }
 197
 198 /*
 199  * Load up this CPU's radix_tree_node buffer with sufficient objects to
 200  * ensure that the addition of a single element in the tree cannot fail.  On
 201  * success, return zero, with preemption disabled.  On error, return -ENOMEM
 202  * with preemption not disabled.
 203  *
 204  * To make use of this facility, the radix tree must be initialised without
 205  * __GFP_WAIT being passed to INIT_RADIX_TREE().
 206  */
 207 int radix_tree_preload(gfp_t gfp_mask)
 208 {
 209         struct radix_tree_preload *rtp;
 210         struct radix_tree_node *node;
 211         int ret = -ENOMEM;
 212
 213         preempt_disable();
 214         rtp = &__get_cpu_var(radix_tree_preloads);
 215         while (rtp->nr < ARRAY_SIZE(rtp->nodes)) {
 216                 preempt_enable();
 217                 node = kmem_cache_alloc(radix_tree_node_cachep, gfp_mask);
 218                 if (node == NULL)
 219                         goto out;
 220                 preempt_disable();
 221                 rtp = &__get_cpu_var(radix_tree_preloads);
 222                 if (rtp->nr < ARRAY_SIZE(rtp->nodes))
 223                         rtp->nodes[rtp->nr++] = node;
 224                 else
 225                         kmem_cache_free(radix_tree_node_cachep, node);
 226         }
 227         ret = 0;
 228 out:
 229         return ret;
 230 }
 231 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_preload);
 232
 233 /*
 234  *      Return the maximum key which can be store into a
 235  *      radix tree with height HEIGHT.
 236  */
 237 static inline unsigned long radix_tree_maxindex(unsigned int height)
 238 {
 239         return height_to_maxindex[height];
 240 }
 241
 242 /*
 243  *      Extend a radix tree so it can store key @index.
 244  */
 245 static int radix_tree_extend(struct radix_tree_root *root, unsigned long index)
 246 {
 247         struct radix_tree_node *node;
 248         unsigned int height;
 249         int tag;
 250
 251         /* Figure out what the height should be.  */
 252         height = root->height + 1;
 253         while (index > radix_tree_maxindex(height))
 254                 height++;
 255
 256         if (root->rnode == NULL) {
 257                 root->height = height;
 258                 goto out;
 259         }
 260
 261         do {
 262                 unsigned int newheight;
 263                 if (!(node = radix_tree_node_alloc(root)))
 264                         return -ENOMEM;
 265
 266                 /* Increase the height.  */
 267                 node->slots[0] = radix_tree_indirect_to_ptr(root->rnode);
 268
 269                 /* Propagate the aggregated tag info into the new root */
 270                 for (tag = 0; tag < RADIX_TREE_MAX_TAGS; tag++) {
 271                         if (root_tag_get(root, tag))
 272                                 tag_set(node, tag, 0);
 273                 }
 274
 275                 newheight = root->height+1;
 276                 node->height = newheight;
 277                 node->count = 1;
 278                 node = radix_tree_ptr_to_indirect(node);
 279                 rcu_assign_pointer(root->rnode, node);
 280                 root->height = newheight;
 281         } while (height > root->height);
 282 out:
 283         return 0;
 284 }
 285
 286 /**
 287  *      radix_tree_insert    -    insert into a radix tree
 288  *      @root:          radix tree root
 289  *      @index:         index key
 290  *      @item:          item to insert
 291  *
 292  *      Insert an item into the radix tree at position @index.
 293  */
 294 int radix_tree_insert(struct radix_tree_root *root,
 295                         unsigned long index, void *item)
 296 {
 297         struct radix_tree_node *node = NULL, *slot;
 298         unsigned int height, shift;
 299         int offset;
 300         int error;
 301
 302         BUG_ON(radix_tree_is_indirect_ptr(item));
 303
 304         /* Make sure the tree is high enough.  */
 305         if (index > radix_tree_maxindex(root->height)) {
 306                 error = radix_tree_extend(root, index);
 307                 if (error)
 308                         return error;
 309         }
 310
 311         slot = radix_tree_indirect_to_ptr(root->rnode);
 312
 313         height = root->height;
 314         shift = (height-1) * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 315
 316         offset = 0;                     /* uninitialised var warning */
 317         while (height > 0) {
 318                 if (slot == NULL) {
 319                         /* Have to add a child node.  */
 320                         if (!(slot = radix_tree_node_alloc(root)))
 321                                 return -ENOMEM;
 322                         slot->height = height;
 323                         if (node) {
 324                                 rcu_assign_pointer(node->slots[offset], slot);
 325                                 node->count++;
 326                         } else
 327                                 rcu_assign_pointer(root->rnode,
 328                                         radix_tree_ptr_to_indirect(slot));
 329                 }
 330
 331                 /* Go a level down */
 332                 offset = (index >> shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK;
 333                 node = slot;
 334                 slot = node->slots[offset];
 335                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 336                 height--;
 337         }
 338
 339         if (slot != NULL)
 340                 return -EEXIST;
 341
 342         if (node) {
 343                 node->count++;
 344                 rcu_assign_pointer(node->slots[offset], item);
 345                 BUG_ON(tag_get(node, 0, offset));
 346                 BUG_ON(tag_get(node, 1, offset));
 347         } else {
 348                 rcu_assign_pointer(root->rnode, item);
 349                 BUG_ON(root_tag_get(root, 0));
 350                 BUG_ON(root_tag_get(root, 1));
 351         }
 352
 353         return 0;
 354 }
 355 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_insert);
 356
 357 /*
 358  * is_slot == 1 : search for the slot.
 359  * is_slot == 0 : search for the node.
 360  */
 361 static void *radix_tree_lookup_element(struct radix_tree_root *root,
 362                                 unsigned long index, int is_slot)
 363 {
 364         unsigned int height, shift;
 365         struct radix_tree_node *node, **slot;
 366
 367         node = rcu_dereference(root->rnode);
 368         if (node == NULL)
 369                 return NULL;
 370
 371         if (!radix_tree_is_indirect_ptr(node)) {
 372                 if (index > 0)
 373                         return NULL;
 374                 return is_slot ? (void *)&root->rnode : node;
 375         }
 376         node = radix_tree_indirect_to_ptr(node);
 377
 378         height = node->height;
 379         if (index > radix_tree_maxindex(height))
 380                 return NULL;
 381
 382         shift = (height-1) * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 383
 384         do {
 385                 slot = (struct radix_tree_node **)
 386                         (node->slots + ((index>>shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK));
 387                 node = rcu_dereference(*slot);
 388                 if (node == NULL)
 389                         return NULL;
 390
 391                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 392                 height--;
 393         } while (height > 0);
 394
 395         return is_slot ? (void *)slot:node;
 396 }
 397
 398 /**
 399  *      radix_tree_lookup_slot    -    lookup a slot in a radix tree
 400  *      @root:          radix tree root
 401  *      @index:         index key
 402  *
 403  *      Returns:  the slot corresponding to the position @index in the
 404  *      radix tree @root. This is useful for update-if-exists operations.
 405  *
 406  *      This function can be called under rcu_read_lock iff the slot is not
 407  *      modified by radix_tree_replace_slot, otherwise it must be called
 408  *      exclusive from other writers. Any dereference of the slot must be done
 409  *      using radix_tree_deref_slot.
 410  */
 411 void **radix_tree_lookup_slot(struct radix_tree_root *root, unsigned long index)
 412 {
 413         return (void **)radix_tree_lookup_element(root, index, 1);
 414 }
 415 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_lookup_slot);
 416
 417 /**
 418  *      radix_tree_lookup    -    perform lookup operation on a radix tree
 419  *      @root:          radix tree root
 420  *      @index:         index key
 421  *
 422  *      Lookup the item at the position @index in the radix tree @root.
 423  *
 424  *      This function can be called under rcu_read_lock, however the caller
 425  *      must manage lifetimes of leaf nodes (eg. RCU may also be used to free
 426  *      them safely). No RCU barriers are required to access or modify the
 427  *      returned item, however.
 428  */
 429 void *radix_tree_lookup(struct radix_tree_root *root, unsigned long index)
 430 {
 431         return radix_tree_lookup_element(root, index, 0);
 432 }
 433 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_lookup);
 434
 435 /**
 436  *      radix_tree_tag_set - set a tag on a radix tree node
 437  *      @root:          radix tree root
 438  *      @index:         index key
 439  *      @tag:           tag index
 440  *
 441  *      Set the search tag (which must be < RADIX_TREE_MAX_TAGS)
 442  *      corresponding to @index in the radix tree.  From
 443  *      the root all the way down to the leaf node.
 444  *
 445  *      Returns the address of the tagged item.   Setting a tag on a not-present
 446  *      item is a bug.
 447  */
 448 void *radix_tree_tag_set(struct radix_tree_root *root,
 449                         unsigned long index, unsigned int tag)
 450 {
 451         unsigned int height, shift;
 452         struct radix_tree_node *slot;
 453
 454         height = root->height;
 455         BUG_ON(index > radix_tree_maxindex(height));
 456
 457         slot = radix_tree_indirect_to_ptr(root->rnode);
 458         shift = (height - 1) * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 459
 460         while (height > 0) {
 461                 int offset;
 462
 463                 offset = (index >> shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK;
 464                 if (!tag_get(slot, tag, offset))
 465                         tag_set(slot, tag, offset);
 466                 slot = slot->slots[offset];
 467                 BUG_ON(slot == NULL);
 468                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 469                 height--;
 470         }
 471
 472         /* set the root's tag bit */
 473         if (slot && !root_tag_get(root, tag))
 474                 root_tag_set(root, tag);
 475
 476         return slot;
 477 }
 478 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_tag_set);
 479
 480 /**
 481  *      radix_tree_tag_clear - clear a tag on a radix tree node
 482  *      @root:          radix tree root
 483  *      @index:         index key
 484  *      @tag:           tag index
 485  *
 486  *      Clear the search tag (which must be < RADIX_TREE_MAX_TAGS)
 487  *      corresponding to @index in the radix tree.  If
 488  *      this causes the leaf node to have no tags set then clear the tag in the
 489  *      next-to-leaf node, etc.
 490  *
 491  *      Returns the address of the tagged item on success, else NULL.  ie:
 492  *      has the same return value and semantics as radix_tree_lookup().
 493  */
 494 void *radix_tree_tag_clear(struct radix_tree_root *root,
 495                         unsigned long index, unsigned int tag)
 496 {
 497         /*
 498          * The radix tree path needs to be one longer than the maximum path
 499          * since the "list" is null terminated.
 500          */
 501         struct radix_tree_path path[RADIX_TREE_MAX_PATH + 1], *pathp = path;
 502         struct radix_tree_node *slot = NULL;
 503         unsigned int height, shift;
 504
 505         height = root->height;
 506         if (index > radix_tree_maxindex(height))
 507                 goto out;
 508
 509         shift = (height - 1) * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 510         pathp->node = NULL;
 511         slot = radix_tree_indirect_to_ptr(root->rnode);
 512
 513         while (height > 0) {
 514                 int offset;
 515
 516                 if (slot == NULL)
 517                         goto out;
 518
 519                 offset = (index >> shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK;
 520                 pathp[1].offset = offset;
 521                 pathp[1].node = slot;
 522                 slot = slot->slots[offset];
 523                 pathp++;
 524                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 525                 height--;
 526         }
 527
 528         if (slot == NULL)
 529                 goto out;
 530
 531         while (pathp->node) {
 532                 if (!tag_get(pathp->node, tag, pathp->offset))
 533                         goto out;
 534                 tag_clear(pathp->node, tag, pathp->offset);
 535                 if (any_tag_set(pathp->node, tag))
 536                         goto out;
 537                 pathp--;
 538         }
 539
 540         /* clear the root's tag bit */
 541         if (root_tag_get(root, tag))
 542                 root_tag_clear(root, tag);
 543
 544 out:
 545         return slot;
 546 }
 547 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_tag_clear);
 548
 549 /**
 550  * radix_tree_tag_get - get a tag on a radix tree node
 551  * @root:               radix tree root
 552  * @index:              index key
 553  * @tag:                tag index (< RADIX_TREE_MAX_TAGS)
 554  *
 555  * Return values:
 556  *
 557  *  0: tag not present or not set
 558  *  1: tag set
 559  */
 560 int radix_tree_tag_get(struct radix_tree_root *root,
 561                         unsigned long index, unsigned int tag)
 562 {
 563         unsigned int height, shift;
 564         struct radix_tree_node *node;
 565         int saw_unset_tag = 0;
 566
 567         /* check the root's tag bit */
 568         if (!root_tag_get(root, tag))
 569                 return 0;
 570
 571         node = rcu_dereference(root->rnode);
 572         if (node == NULL)
 573                 return 0;
 574
 575         if (!radix_tree_is_indirect_ptr(node))
 576                 return (index == 0);
 577         node = radix_tree_indirect_to_ptr(node);
 578
 579         height = node->height;
 580         if (index > radix_tree_maxindex(height))
 581                 return 0;
 582
 583         shift = (height - 1) * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 584
 585         for ( ; ; ) {
 586                 int offset;
 587
 588                 if (node == NULL)
 589                         return 0;
 590
 591                 offset = (index >> shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK;
 592
 593                 /*
 594                  * This is just a debug check.  Later, we can bale as soon as
 595                  * we see an unset tag.
 596                  */
 597                 if (!tag_get(node, tag, offset))
 598                         saw_unset_tag = 1;
 599                 if (height == 1) {
 600                         int ret = tag_get(node, tag, offset);
 601
 602                         BUG_ON(ret && saw_unset_tag);
 603                         return !!ret;
 604                 }
 605                 node = rcu_dereference(node->slots[offset]);
 606                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 607                 height--;
 608         }
 609 }
 610 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_tag_get);
 611
 612 /**
 613  *      radix_tree_next_hole    -    find the next hole (not-present entry)
 614  *      @root:          tree root
 615  *      @index:         index key
 616  *      @max_scan:      maximum range to search
 617  *
 618  *      Search the set [index, min(index+max_scan-1, MAX_INDEX)] for the lowest
 619  *      indexed hole.
 620  *
 621  *      Returns: the index of the hole if found, otherwise returns an index
 622  *      outside of the set specified (in which case 'return - index >= max_scan'
 623  *      will be true). In rare cases of index wrap-around, 0 will be returned.
 624  *
 625  *      radix_tree_next_hole may be called under rcu_read_lock. However, like
 626  *      radix_tree_gang_lookup, this will not atomically search a snapshot of
 627  *      the tree at a single point in time. For example, if a hole is created
 628  *      at index 5, then subsequently a hole is created at index 10,
 629  *      radix_tree_next_hole covering both indexes may return 10 if called
 630  *      under rcu_read_lock.
 631  */
 632 unsigned long radix_tree_next_hole(struct radix_tree_root *root,
 633                                 unsigned long index, unsigned long max_scan)
 634 {
 635         unsigned long i;
 636
 637         for (i = 0; i < max_scan; i++) {
 638                 if (!radix_tree_lookup(root, index))
 639                         break;
 640                 index++;
 641                 if (index == 0)
 642                         break;
 643         }
 644
 645         return index;
 646 }
 647 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_next_hole);
 648
 649 /**
 650  *      radix_tree_prev_hole    -    find the prev hole (not-present entry)
 651  *      @root:          tree root
 652  *      @index:         index key
 653  *      @max_scan:      maximum range to search
 654  *
 655  *      Search backwards in the range [max(index-max_scan+1, 0), index]
 656  *      for the first hole.
 657  *
 658  *      Returns: the index of the hole if found, otherwise returns an index
 659  *      outside of the set specified (in which case 'index - return >= max_scan'
 660  *      will be true). In rare cases of wrap-around, LONG_MAX will be returned.
 661  *
 662  *      radix_tree_next_hole may be called under rcu_read_lock. However, like
 663  *      radix_tree_gang_lookup, this will not atomically search a snapshot of
 664  *      the tree at a single point in time. For example, if a hole is created
 665  *      at index 10, then subsequently a hole is created at index 5,
 666  *      radix_tree_prev_hole covering both indexes may return 5 if called under
 667  *      rcu_read_lock.
 668  */
 669 unsigned long radix_tree_prev_hole(struct radix_tree_root *root,
 670                                    unsigned long index, unsigned long max_scan)
 671 {
 672         unsigned long i;
 673
 674         for (i = 0; i < max_scan; i++) {
 675                 if (!radix_tree_lookup(root, index))
 676                         break;
 677                 index--;
 678                 if (index == LONG_MAX)
 679                         break;
 680         }
 681
 682         return index;
 683 }
 684 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_prev_hole);
 685
 686 static unsigned int
 687 __lookup(struct radix_tree_node *slot, void ***results, unsigned long index,
 688         unsigned int max_items, unsigned long *next_index)
 689 {
 690         unsigned int nr_found = 0;
 691         unsigned int shift, height;
 692         unsigned long i;
 693
 694         height = slot->height;
 695         if (height == 0)
 696                 goto out;
 697         shift = (height-1) * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 698
 699         for ( ; height > 1; height--) {
 700                 i = (index >> shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK;
 701                 for (;;) {
 702                         if (slot->slots[i] != NULL)
 703                                 break;
 704                         index &= ~((1UL << shift) - 1);
 705                         index += 1UL << shift;
 706                         if (index == 0)
 707                                 goto out;       /* 32-bit wraparound */
 708                         i++;
 709                         if (i == RADIX_TREE_MAP_SIZE)
 710                                 goto out;
 711                 }
 712
 713                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 714                 slot = rcu_dereference(slot->slots[i]);
 715                 if (slot == NULL)
 716                         goto out;
 717         }
 718
 719         /* Bottom level: grab some items */
 720         for (i = index & RADIX_TREE_MAP_MASK; i < RADIX_TREE_MAP_SIZE; i++) {
 721                 index++;
 722                 if (slot->slots[i]) {
 723                         results[nr_found++] = &(slot->slots[i]);
 724                         if (nr_found == max_items)
 725                                 goto out;
 726                 }
 727         }
 728 out:
 729         *next_index = index;
 730         return nr_found;
 731 }
 732
 733 /**
 734  *      radix_tree_gang_lookup - perform multiple lookup on a radix tree
 735  *      @root:          radix tree root
 736  *      @results:       where the results of the lookup are placed
 737  *      @first_index:   start the lookup from this key
 738  *      @max_items:     place up to this many items at *results
 739  *
 740  *      Performs an index-ascending scan of the tree for present items.  Places
 741  *      them at *@results and returns the number of items which were placed at
 742  *      *@results.
 743  *
 744  *      The implementation is naive.
 745  *
 746  *      Like radix_tree_lookup, radix_tree_gang_lookup may be called under
 747  *      rcu_read_lock. In this case, rather than the returned results being
 748  *      an atomic snapshot of the tree at a single point in time, the semantics
 749  *      of an RCU protected gang lookup are as though multiple radix_tree_lookups
 750  *      have been issued in individual locks, and results stored in 'results'.
 751  */
 752 unsigned int
 753 radix_tree_gang_lookup(struct radix_tree_root *root, void **results,
 754                         unsigned long first_index, unsigned int max_items)
 755 {
 756         unsigned long max_index;
 757         struct radix_tree_node *node;
 758         unsigned long cur_index = first_index;
 759         unsigned int ret;
 760
 761         node = rcu_dereference(root->rnode);
 762         if (!node)
 763                 return 0;
 764
 765         if (!radix_tree_is_indirect_ptr(node)) {
 766                 if (first_index > 0)
 767                         return 0;
 768                 results[0] = node;
 769                 return 1;
 770         }
 771         node = radix_tree_indirect_to_ptr(node);
 772
 773         max_index = radix_tree_maxindex(node->height);
 774
 775         ret = 0;
 776         while (ret < max_items) {
 777                 unsigned int nr_found, slots_found, i;
 778                 unsigned long next_index;       /* Index of next search */
 779
 780                 if (cur_index > max_index)
 781                         break;
 782                 slots_found = __lookup(node, (void ***)results + ret, cur_index,
 783                                         max_items - ret, &next_index);
 784                 nr_found = 0;
 785                 for (i = 0; i < slots_found; i++) {
 786                         struct radix_tree_node *slot;
 787                         slot = *(((void ***)results)[ret + i]);
 788                         if (!slot)
 789                                 continue;
 790                         results[ret + nr_found] = rcu_dereference(slot);
 791                         nr_found++;
 792                 }
 793                 ret += nr_found;
 794                 if (next_index == 0)
 795                         break;
 796                 cur_index = next_index;
 797         }
 798
 799         return ret;
 800 }
 801 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_gang_lookup);
 802
 803 /**
 804  *      radix_tree_gang_lookup_slot - perform multiple slot lookup on radix tree
 805  *      @root:          radix tree root
 806  *      @results:       where the results of the lookup are placed
 807  *      @first_index:   start the lookup from this key
 808  *      @max_items:     place up to this many items at *results
 809  *
 810  *      Performs an index-ascending scan of the tree for present items.  Places
 811  *      their slots at *@results and returns the number of items which were
 812  *      placed at *@results.
 813  *
 814  *      The implementation is naive.
 815  *
 816  *      Like radix_tree_gang_lookup as far as RCU and locking goes. Slots must
 817  *      be dereferenced with radix_tree_deref_slot, and if using only RCU
 818  *      protection, radix_tree_deref_slot may fail requiring a retry.
 819  */
 820 unsigned int
 821 radix_tree_gang_lookup_slot(struct radix_tree_root *root, void ***results,
 822                         unsigned long first_index, unsigned int max_items)
 823 {
 824         unsigned long max_index;
 825         struct radix_tree_node *node;
 826         unsigned long cur_index = first_index;
 827         unsigned int ret;
 828
 829         node = rcu_dereference(root->rnode);
 830         if (!node)
 831                 return 0;
 832
 833         if (!radix_tree_is_indirect_ptr(node)) {
 834                 if (first_index > 0)
 835                         return 0;
 836                 results[0] = (void **)&root->rnode;
 837                 return 1;
 838         }
 839         node = radix_tree_indirect_to_ptr(node);
 840
 841         max_index = radix_tree_maxindex(node->height);
 842
 843         ret = 0;
 844         while (ret < max_items) {
 845                 unsigned int slots_found;
 846                 unsigned long next_index;       /* Index of next search */
 847
 848                 if (cur_index > max_index)
 849                         break;
 850                 slots_found = __lookup(node, results + ret, cur_index,
 851                                         max_items - ret, &next_index);
 852                 ret += slots_found;
 853                 if (next_index == 0)
 854                         break;
 855                 cur_index = next_index;
 856         }
 857
 858         return ret;
 859 }
 860 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_gang_lookup_slot);
 861
 862 /*
 863  * FIXME: the two tag_get()s here should use find_next_bit() instead of
 864  * open-coding the search.
 865  */
 866 static unsigned int
 867 __lookup_tag(struct radix_tree_node *slot, void ***results, unsigned long index,
 868         unsigned int max_items, unsigned long *next_index, unsigned int tag)
 869 {
 870         unsigned int nr_found = 0;
 871         unsigned int shift, height;
 872
 873         height = slot->height;
 874         if (height == 0)
 875                 goto out;
 876         shift = (height-1) * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 877
 878         while (height > 0) {
 879                 unsigned long i = (index >> shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK ;
 880
 881                 for (;;) {
 882                         if (tag_get(slot, tag, i))
 883                                 break;
 884                         index &= ~((1UL << shift) - 1);
 885                         index += 1UL << shift;
 886                         if (index == 0)
 887                                 goto out;       /* 32-bit wraparound */
 888                         i++;
 889                         if (i == RADIX_TREE_MAP_SIZE)
 890                                 goto out;
 891                 }
 892                 height--;
 893                 if (height == 0) {      /* Bottom level: grab some items */
 894                         unsigned long j = index & RADIX_TREE_MAP_MASK;
 895
 896                         for ( ; j < RADIX_TREE_MAP_SIZE; j++) {
 897                                 index++;
 898                                 if (!tag_get(slot, tag, j))
 899                                         continue;
 900                                 /*
 901                                  * Even though the tag was found set, we need to
 902                                  * recheck that we have a non-NULL node, because
 903                                  * if this lookup is lockless, it may have been
 904                                  * subsequently deleted.
 905                                  *
 906                                  * Similar care must be taken in any place that
 907                                  * lookup ->slots[x] without a lock (ie. can't
 908                                  * rely on its value remaining the same).
 909                                  */
 910                                 if (slot->slots[j]) {
 911                                         results[nr_found++] = &(slot->slots[j]);
 912                                         if (nr_found == max_items)
 913                                                 goto out;
 914                                 }
 915                         }
 916                 }
 917                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
 918                 slot = rcu_dereference(slot->slots[i]);
 919                 if (slot == NULL)
 920                         break;
 921         }
 922 out:
 923         *next_index = index;
 924         return nr_found;
 925 }
 926
 927 /**
 928  *      radix_tree_gang_lookup_tag - perform multiple lookup on a radix tree
 929  *                                   based on a tag
 930  *      @root:          radix tree root
 931  *      @results:       where the results of the lookup are placed
 932  *      @first_index:   start the lookup from this key
 933  *      @max_items:     place up to this many items at *results
 934  *      @tag:           the tag index (< RADIX_TREE_MAX_TAGS)
 935  *
 936  *      Performs an index-ascending scan of the tree for present items which
 937  *      have the tag indexed by @tag set.  Places the items at *@results and
 938  *      returns the number of items which were placed at *@results.
 939  */
 940 unsigned int
 941 radix_tree_gang_lookup_tag(struct radix_tree_root *root, void **results,
 942                 unsigned long first_index, unsigned int max_items,
 943                 unsigned int tag)
 944 {
 945         struct radix_tree_node *node;
 946         unsigned long max_index;
 947         unsigned long cur_index = first_index;
 948         unsigned int ret;
 949
 950         /* check the root's tag bit */
 951         if (!root_tag_get(root, tag))
 952                 return 0;
 953
 954         node = rcu_dereference(root->rnode);
 955         if (!node)
 956                 return 0;
 957
 958         if (!radix_tree_is_indirect_ptr(node)) {
 959                 if (first_index > 0)
 960                         return 0;
 961                 results[0] = node;
 962                 return 1;
 963         }
 964         node = radix_tree_indirect_to_ptr(node);
 965
 966         max_index = radix_tree_maxindex(node->height);
 967
 968         ret = 0;
 969         while (ret < max_items) {
 970                 unsigned int nr_found, slots_found, i;
 971                 unsigned long next_index;       /* Index of next search */
 972
 973                 if (cur_index > max_index)
 974                         break;
 975                 slots_found = __lookup_tag(node, (void ***)results + ret,
 976                                 cur_index, max_items - ret, &next_index, tag);
 977                 nr_found = 0;
 978                 for (i = 0; i < slots_found; i++) {
 979                         struct radix_tree_node *slot;
 980                         slot = *(((void ***)results)[ret + i]);
 981                         if (!slot)
 982                                 continue;
 983                         results[ret + nr_found] = rcu_dereference(slot);
 984                         nr_found++;
 985                 }
 986                 ret += nr_found;
 987                 if (next_index == 0)
 988                         break;
 989                 cur_index = next_index;
 990         }
 991
 992         return ret;
 993 }
 994 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_gang_lookup_tag);
 995
 996 /**
 997  *      radix_tree_gang_lookup_tag_slot - perform multiple slot lookup on a
 998  *                                        radix tree based on a tag
 999  *      @root:          radix tree root
1000  *      @results:       where the results of the lookup are placed
1001  *      @first_index:   start the lookup from this key
1002  *      @max_items:     place up to this many items at *results
1003  *      @tag:           the tag index (< RADIX_TREE_MAX_TAGS)
1004  *
1005  *      Performs an index-ascending scan of the tree for present items which
1006  *      have the tag indexed by @tag set.  Places the slots at *@results and
1007  *      returns the number of slots which were placed at *@results.
1008  */
1009 unsigned int
1010 radix_tree_gang_lookup_tag_slot(struct radix_tree_root *root, void ***results,
1011                 unsigned long first_index, unsigned int max_items,
1012                 unsigned int tag)
1013 {
1014         struct radix_tree_node *node;
1015         unsigned long max_index;
1016         unsigned long cur_index = first_index;
1017         unsigned int ret;
1018
1019         /* check the root's tag bit */
1020         if (!root_tag_get(root, tag))
1021                 return 0;
1022
1023         node = rcu_dereference(root->rnode);
1024         if (!node)
1025                 return 0;
1026
1027         if (!radix_tree_is_indirect_ptr(node)) {
1028                 if (first_index > 0)
1029                         return 0;
1030                 results[0] = (void **)&root->rnode;
1031                 return 1;
1032         }
1033         node = radix_tree_indirect_to_ptr(node);
1034
1035         max_index = radix_tree_maxindex(node->height);
1036
1037         ret = 0;
1038         while (ret < max_items) {
1039                 unsigned int slots_found;
1040                 unsigned long next_index;       /* Index of next search */
1041
1042                 if (cur_index > max_index)
1043                         break;
1044                 slots_found = __lookup_tag(node, results + ret,
1045                                 cur_index, max_items - ret, &next_index, tag);
1046                 ret += slots_found;
1047                 if (next_index == 0)
1048                         break;
1049                 cur_index = next_index;
1050         }
1051
1052         return ret;
1053 }
1054 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_gang_lookup_tag_slot);
1055
1056
1057 /**
1058  *      radix_tree_shrink    -    shrink height of a radix tree to minimal
1059  *      @root           radix tree root
1060  */
1061 static inline void radix_tree_shrink(struct radix_tree_root *root)
1062 {
1063         /* try to shrink tree height */
1064         while (root->height > 0) {
1065                 struct radix_tree_node *to_free = root->rnode;
1066                 void *newptr;
1067
1068                 BUG_ON(!radix_tree_is_indirect_ptr(to_free));
1069                 to_free = radix_tree_indirect_to_ptr(to_free);
1070
1071                 /*
1072                  * The candidate node has more than one child, or its child
1073                  * is not at the leftmost slot, we cannot shrink.
1074                  */
1075                 if (to_free->count != 1)
1076                         break;
1077                 if (!to_free->slots[0])
1078                         break;
1079
1080                 /*
1081                  * We don't need rcu_assign_pointer(), since we are simply
1082                  * moving the node from one part of the tree to another. If
1083                  * it was safe to dereference the old pointer to it
1084                  * (to_free->slots[0]), it will be safe to dereference the new
1085                  * one (root->rnode).
1086                  */
1087                 newptr = to_free->slots[0];
1088                 if (root->height > 1)
1089                         newptr = radix_tree_ptr_to_indirect(newptr);
1090                 root->rnode = newptr;
1091                 root->height--;
1092                 radix_tree_node_free(to_free);
1093         }
1094 }
1095
1096 /**
1097  *      radix_tree_delete    -    delete an item from a radix tree
1098  *      @root:          radix tree root
1099  *      @index:         index key
1100  *
1101  *      Remove the item at @index from the radix tree rooted at @root.
1102  *
1103  *      Returns the address of the deleted item, or NULL if it was not present.
1104  */
1105 void *radix_tree_delete(struct radix_tree_root *root, unsigned long index)
1106 {
1107         /*
1108          * The radix tree path needs to be one longer than the maximum path
1109          * since the "list" is null terminated.
1110          */
1111         struct radix_tree_path path[RADIX_TREE_MAX_PATH + 1], *pathp = path;
1112         struct radix_tree_node *slot = NULL;
1113         struct radix_tree_node *to_free;
1114         unsigned int height, shift;
1115         int tag;
1116         int offset;
1117
1118         height = root->height;
1119         if (index > radix_tree_maxindex(height))
1120                 goto out;
1121
1122         slot = root->rnode;
1123         if (height == 0) {
1124                 root_tag_clear_all(root);
1125                 root->rnode = NULL;
1126                 goto out;
1127         }
1128         slot = radix_tree_indirect_to_ptr(slot);
1129
1130         shift = (height - 1) * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
1131         pathp->node = NULL;
1132
1133         do {
1134                 if (slot == NULL)
1135                         goto out;
1136
1137                 pathp++;
1138                 offset = (index >> shift) & RADIX_TREE_MAP_MASK;
1139                 pathp->offset = offset;
1140                 pathp->node = slot;
1141                 slot = slot->slots[offset];
1142                 shift -= RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
1143                 height--;
1144         } while (height > 0);
1145
1146         if (slot == NULL)
1147                 goto out;
1148
1149         /*
1150          * Clear all tags associated with the just-deleted item
1151          */
1152         for (tag = 0; tag < RADIX_TREE_MAX_TAGS; tag++) {
1153                 if (tag_get(pathp->node, tag, pathp->offset))
1154                         radix_tree_tag_clear(root, index, tag);
1155         }
1156
1157         to_free = NULL;
1158         /* Now free the nodes we do not need anymore */
1159         while (pathp->node) {
1160                 pathp->node->slots[pathp->offset] = NULL;
1161                 pathp->node->count--;
1162                 /*
1163                  * Queue the node for deferred freeing after the
1164                  * last reference to it disappears (set NULL, above).
1165                  */
1166                 if (to_free)
1167                         radix_tree_node_free(to_free);
1168
1169                 if (pathp->node->count) {
1170                         if (pathp->node ==
1171                                         radix_tree_indirect_to_ptr(root->rnode))
1172                                 radix_tree_shrink(root);
1173                         goto out;
1174                 }
1175
1176                 /* Node with zero slots in use so free it */
1177                 to_free = pathp->node;
1178                 pathp--;
1179
1180         }
1181         root_tag_clear_all(root);
1182         root->height = 0;
1183         root->rnode = NULL;
1184         if (to_free)
1185                 radix_tree_node_free(to_free);
1186
1187 out:
1188         return slot;
1189 }
1190 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_delete);
1191
1192 /**
1193  *      radix_tree_tagged - test whether any items in the tree are tagged
1194  *      @root:          radix tree root
1195  *      @tag:           tag to test
1196  */
1197 int radix_tree_tagged(struct radix_tree_root *root, unsigned int tag)
1198 {
1199         return root_tag_get(root, tag);
1200 }
1201 EXPORT_SYMBOL(radix_tree_tagged);
1202
1203 static void
1204 radix_tree_node_ctor(void *node)
1205 {
1206         memset(node, 0, sizeof(struct radix_tree_node));
1207 }
1208
1209 static __init unsigned long __maxindex(unsigned int height)
1210 {
1211         unsigned int width = height * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
1212         int shift = RADIX_TREE_INDEX_BITS - width;
1213
1214         if (shift < 0)
1215                 return ~0UL;
1216         if (shift >= BITS_PER_LONG)
1217                 return 0UL;
1218         return ~0UL >> shift;
1219 }
1220
1221 static __init void radix_tree_init_maxindex(void)
1222 {
1223         unsigned int i;
1224
1225         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(height_to_maxindex); i++)
1226                 height_to_maxindex[i] = __maxindex(i);
1227 }
1228
1229 static int radix_tree_callback(struct notifier_block *nfb,
1230                             unsigned long action,
1231                             void *hcpu)
1232 {
1233        int cpu = (long)hcpu;
1234        struct radix_tree_preload *rtp;
1235
1236        /* Free per-cpu pool of perloaded nodes */
1237        if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
1238                rtp = &per_cpu(radix_tree_preloads, cpu);
1239                while (rtp->nr) {
1240                        kmem_cache_free(radix_tree_node_cachep,
1241                                        rtp->nodes[rtp->nr-1]);
1242                        rtp->nodes[rtp->nr-1] = NULL;
1243                        rtp->nr--;
1244                }
1245        }
1246        return NOTIFY_OK;
1247 }
1248
1249 void __init radix_tree_init(void)
1250 {
1251         radix_tree_node_cachep = kmem_cache_create("radix_tree_node",
1252                         sizeof(struct radix_tree_node), 0,
1253                         SLAB_PANIC | SLAB_RECLAIM_ACCOUNT,
1254                         radix_tree_node_ctor);
1255         radix_tree_init_maxindex();
1256         hotcpu_notifier(radix_tree_callback, 0);
1257 }