kunit: run test suites only after module initialization completes
[platform/kernel/linux-rpi.git] / mm / zsmalloc.c
1 /*
2  * zsmalloc memory allocator
3  *
4  * Copyright (C) 2011  Nitin Gupta
5  * Copyright (C) 2012, 2013 Minchan Kim
6  *
7  * This code is released using a dual license strategy: BSD/GPL
8  * You can choose the license that better fits your requirements.
9  *
10  * Released under the terms of 3-clause BSD License
11  * Released under the terms of GNU General Public License Version 2.0
12  */
13
14 /*
15  * Following is how we use various fields and flags of underlying
16  * struct page(s) to form a zspage.
17  *
18  * Usage of struct page fields:
19  *      page->private: points to zspage
20  *      page->index: links together all component pages of a zspage
21  *              For the huge page, this is always 0, so we use this field
22  *              to store handle.
23  *      page->page_type: first object offset in a subpage of zspage
24  *
25  * Usage of struct page flags:
26  *      PG_private: identifies the first component page
27  *      PG_owner_priv_1: identifies the huge component page
28  *
29  */
30
31 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
32
33 /*
34  * lock ordering:
35  *      page_lock
36  *      pool->lock
37  *      zspage->lock
38  */
39
40 #include <linux/module.h>
41 #include <linux/kernel.h>
42 #include <linux/sched.h>
43 #include <linux/bitops.h>
44 #include <linux/errno.h>
45 #include <linux/highmem.h>
46 #include <linux/string.h>
47 #include <linux/slab.h>
48 #include <linux/pgtable.h>
49 #include <asm/tlbflush.h>
50 #include <linux/cpumask.h>
51 #include <linux/cpu.h>
52 #include <linux/vmalloc.h>
53 #include <linux/preempt.h>
54 #include <linux/spinlock.h>
55 #include <linux/shrinker.h>
56 #include <linux/types.h>
57 #include <linux/debugfs.h>
58 #include <linux/zsmalloc.h>
59 #include <linux/zpool.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/wait.h>
62 #include <linux/pagemap.h>
63 #include <linux/fs.h>
64 #include <linux/local_lock.h>
65
66 #define ZSPAGE_MAGIC    0x58
67
68 /*
69  * This must be power of 2 and greater than or equal to sizeof(link_free).
70  * These two conditions ensure that any 'struct link_free' itself doesn't
71  * span more than 1 page which avoids complex case of mapping 2 pages simply
72  * to restore link_free pointer values.
73  */
74 #define ZS_ALIGN                8
75
76 #define ZS_HANDLE_SIZE (sizeof(unsigned long))
77
78 /*
79  * Object location (<PFN>, <obj_idx>) is encoded as
80  * a single (unsigned long) handle value.
81  *
82  * Note that object index <obj_idx> starts from 0.
83  *
84  * This is made more complicated by various memory models and PAE.
85  */
86
87 #ifndef MAX_POSSIBLE_PHYSMEM_BITS
88 #ifdef MAX_PHYSMEM_BITS
89 #define MAX_POSSIBLE_PHYSMEM_BITS MAX_PHYSMEM_BITS
90 #else
91 /*
92  * If this definition of MAX_PHYSMEM_BITS is used, OBJ_INDEX_BITS will just
93  * be PAGE_SHIFT
94  */
95 #define MAX_POSSIBLE_PHYSMEM_BITS BITS_PER_LONG
96 #endif
97 #endif
98
99 #define _PFN_BITS               (MAX_POSSIBLE_PHYSMEM_BITS - PAGE_SHIFT)
100
101 /*
102  * Head in allocated object should have OBJ_ALLOCATED_TAG
103  * to identify the object was allocated or not.
104  * It's okay to add the status bit in the least bit because
105  * header keeps handle which is 4byte-aligned address so we
106  * have room for two bit at least.
107  */
108 #define OBJ_ALLOCATED_TAG 1
109
110 #define OBJ_TAG_BITS    1
111 #define OBJ_TAG_MASK    OBJ_ALLOCATED_TAG
112
113 #define OBJ_INDEX_BITS  (BITS_PER_LONG - _PFN_BITS - OBJ_TAG_BITS)
114 #define OBJ_INDEX_MASK  ((_AC(1, UL) << OBJ_INDEX_BITS) - 1)
115
116 #define HUGE_BITS       1
117 #define FULLNESS_BITS   4
118 #define CLASS_BITS      8
119 #define ISOLATED_BITS   5
120 #define MAGIC_VAL_BITS  8
121
122 #define MAX(a, b) ((a) >= (b) ? (a) : (b))
123
124 #define ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE (_AC(CONFIG_ZSMALLOC_CHAIN_SIZE, UL))
125
126 /* ZS_MIN_ALLOC_SIZE must be multiple of ZS_ALIGN */
127 #define ZS_MIN_ALLOC_SIZE \
128         MAX(32, (ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE << PAGE_SHIFT >> OBJ_INDEX_BITS))
129 /* each chunk includes extra space to keep handle */
130 #define ZS_MAX_ALLOC_SIZE       PAGE_SIZE
131
132 /*
133  * On systems with 4K page size, this gives 255 size classes! There is a
134  * trader-off here:
135  *  - Large number of size classes is potentially wasteful as free page are
136  *    spread across these classes
137  *  - Small number of size classes causes large internal fragmentation
138  *  - Probably its better to use specific size classes (empirically
139  *    determined). NOTE: all those class sizes must be set as multiple of
140  *    ZS_ALIGN to make sure link_free itself never has to span 2 pages.
141  *
142  *  ZS_MIN_ALLOC_SIZE and ZS_SIZE_CLASS_DELTA must be multiple of ZS_ALIGN
143  *  (reason above)
144  */
145 #define ZS_SIZE_CLASS_DELTA     (PAGE_SIZE >> CLASS_BITS)
146 #define ZS_SIZE_CLASSES (DIV_ROUND_UP(ZS_MAX_ALLOC_SIZE - ZS_MIN_ALLOC_SIZE, \
147                                       ZS_SIZE_CLASS_DELTA) + 1)
148
149 /*
150  * Pages are distinguished by the ratio of used memory (that is the ratio
151  * of ->inuse objects to all objects that page can store). For example,
152  * INUSE_RATIO_10 means that the ratio of used objects is > 0% and <= 10%.
153  *
154  * The number of fullness groups is not random. It allows us to keep
155  * difference between the least busy page in the group (minimum permitted
156  * number of ->inuse objects) and the most busy page (maximum permitted
157  * number of ->inuse objects) at a reasonable value.
158  */
159 enum fullness_group {
160         ZS_INUSE_RATIO_0,
161         ZS_INUSE_RATIO_10,
162         /* NOTE: 8 more fullness groups here */
163         ZS_INUSE_RATIO_99       = 10,
164         ZS_INUSE_RATIO_100,
165         NR_FULLNESS_GROUPS,
166 };
167
168 enum class_stat_type {
169         /* NOTE: stats for 12 fullness groups here: from inuse 0 to 100 */
170         ZS_OBJS_ALLOCATED       = NR_FULLNESS_GROUPS,
171         ZS_OBJS_INUSE,
172         NR_CLASS_STAT_TYPES,
173 };
174
175 struct zs_size_stat {
176         unsigned long objs[NR_CLASS_STAT_TYPES];
177 };
178
179 #ifdef CONFIG_ZSMALLOC_STAT
180 static struct dentry *zs_stat_root;
181 #endif
182
183 static size_t huge_class_size;
184
185 struct size_class {
186         struct list_head fullness_list[NR_FULLNESS_GROUPS];
187         /*
188          * Size of objects stored in this class. Must be multiple
189          * of ZS_ALIGN.
190          */
191         int size;
192         int objs_per_zspage;
193         /* Number of PAGE_SIZE sized pages to combine to form a 'zspage' */
194         int pages_per_zspage;
195
196         unsigned int index;
197         struct zs_size_stat stats;
198 };
199
200 /*
201  * Placed within free objects to form a singly linked list.
202  * For every zspage, zspage->freeobj gives head of this list.
203  *
204  * This must be power of 2 and less than or equal to ZS_ALIGN
205  */
206 struct link_free {
207         union {
208                 /*
209                  * Free object index;
210                  * It's valid for non-allocated object
211                  */
212                 unsigned long next;
213                 /*
214                  * Handle of allocated object.
215                  */
216                 unsigned long handle;
217         };
218 };
219
220 struct zs_pool {
221         const char *name;
222
223         struct size_class *size_class[ZS_SIZE_CLASSES];
224         struct kmem_cache *handle_cachep;
225         struct kmem_cache *zspage_cachep;
226
227         atomic_long_t pages_allocated;
228
229         struct zs_pool_stats stats;
230
231         /* Compact classes */
232         struct shrinker shrinker;
233
234 #ifdef CONFIG_ZSMALLOC_STAT
235         struct dentry *stat_dentry;
236 #endif
237 #ifdef CONFIG_COMPACTION
238         struct work_struct free_work;
239 #endif
240         spinlock_t lock;
241         atomic_t compaction_in_progress;
242 };
243
244 struct zspage {
245         struct {
246                 unsigned int huge:HUGE_BITS;
247                 unsigned int fullness:FULLNESS_BITS;
248                 unsigned int class:CLASS_BITS + 1;
249                 unsigned int isolated:ISOLATED_BITS;
250                 unsigned int magic:MAGIC_VAL_BITS;
251         };
252         unsigned int inuse;
253         unsigned int freeobj;
254         struct page *first_page;
255         struct list_head list; /* fullness list */
256         struct zs_pool *pool;
257         rwlock_t lock;
258 };
259
260 struct mapping_area {
261         local_lock_t lock;
262         char *vm_buf; /* copy buffer for objects that span pages */
263         char *vm_addr; /* address of kmap_atomic()'ed pages */
264         enum zs_mapmode vm_mm; /* mapping mode */
265 };
266
267 /* huge object: pages_per_zspage == 1 && maxobj_per_zspage == 1 */
268 static void SetZsHugePage(struct zspage *zspage)
269 {
270         zspage->huge = 1;
271 }
272
273 static bool ZsHugePage(struct zspage *zspage)
274 {
275         return zspage->huge;
276 }
277
278 static void migrate_lock_init(struct zspage *zspage);
279 static void migrate_read_lock(struct zspage *zspage);
280 static void migrate_read_unlock(struct zspage *zspage);
281
282 #ifdef CONFIG_COMPACTION
283 static void migrate_write_lock(struct zspage *zspage);
284 static void migrate_write_lock_nested(struct zspage *zspage);
285 static void migrate_write_unlock(struct zspage *zspage);
286 static void kick_deferred_free(struct zs_pool *pool);
287 static void init_deferred_free(struct zs_pool *pool);
288 static void SetZsPageMovable(struct zs_pool *pool, struct zspage *zspage);
289 #else
290 static void migrate_write_lock(struct zspage *zspage) {}
291 static void migrate_write_lock_nested(struct zspage *zspage) {}
292 static void migrate_write_unlock(struct zspage *zspage) {}
293 static void kick_deferred_free(struct zs_pool *pool) {}
294 static void init_deferred_free(struct zs_pool *pool) {}
295 static void SetZsPageMovable(struct zs_pool *pool, struct zspage *zspage) {}
296 #endif
297
298 static int create_cache(struct zs_pool *pool)
299 {
300         pool->handle_cachep = kmem_cache_create("zs_handle", ZS_HANDLE_SIZE,
301                                         0, 0, NULL);
302         if (!pool->handle_cachep)
303                 return 1;
304
305         pool->zspage_cachep = kmem_cache_create("zspage", sizeof(struct zspage),
306                                         0, 0, NULL);
307         if (!pool->zspage_cachep) {
308                 kmem_cache_destroy(pool->handle_cachep);
309                 pool->handle_cachep = NULL;
310                 return 1;
311         }
312
313         return 0;
314 }
315
316 static void destroy_cache(struct zs_pool *pool)
317 {
318         kmem_cache_destroy(pool->handle_cachep);
319         kmem_cache_destroy(pool->zspage_cachep);
320 }
321
322 static unsigned long cache_alloc_handle(struct zs_pool *pool, gfp_t gfp)
323 {
324         return (unsigned long)kmem_cache_alloc(pool->handle_cachep,
325                         gfp & ~(__GFP_HIGHMEM|__GFP_MOVABLE));
326 }
327
328 static void cache_free_handle(struct zs_pool *pool, unsigned long handle)
329 {
330         kmem_cache_free(pool->handle_cachep, (void *)handle);
331 }
332
333 static struct zspage *cache_alloc_zspage(struct zs_pool *pool, gfp_t flags)
334 {
335         return kmem_cache_zalloc(pool->zspage_cachep,
336                         flags & ~(__GFP_HIGHMEM|__GFP_MOVABLE));
337 }
338
339 static void cache_free_zspage(struct zs_pool *pool, struct zspage *zspage)
340 {
341         kmem_cache_free(pool->zspage_cachep, zspage);
342 }
343
344 /* pool->lock(which owns the handle) synchronizes races */
345 static void record_obj(unsigned long handle, unsigned long obj)
346 {
347         *(unsigned long *)handle = obj;
348 }
349
350 /* zpool driver */
351
352 #ifdef CONFIG_ZPOOL
353
354 static void *zs_zpool_create(const char *name, gfp_t gfp)
355 {
356         /*
357          * Ignore global gfp flags: zs_malloc() may be invoked from
358          * different contexts and its caller must provide a valid
359          * gfp mask.
360          */
361         return zs_create_pool(name);
362 }
363
364 static void zs_zpool_destroy(void *pool)
365 {
366         zs_destroy_pool(pool);
367 }
368
369 static int zs_zpool_malloc(void *pool, size_t size, gfp_t gfp,
370                         unsigned long *handle)
371 {
372         *handle = zs_malloc(pool, size, gfp);
373
374         if (IS_ERR_VALUE(*handle))
375                 return PTR_ERR((void *)*handle);
376         return 0;
377 }
378 static void zs_zpool_free(void *pool, unsigned long handle)
379 {
380         zs_free(pool, handle);
381 }
382
383 static void *zs_zpool_map(void *pool, unsigned long handle,
384                         enum zpool_mapmode mm)
385 {
386         enum zs_mapmode zs_mm;
387
388         switch (mm) {
389         case ZPOOL_MM_RO:
390                 zs_mm = ZS_MM_RO;
391                 break;
392         case ZPOOL_MM_WO:
393                 zs_mm = ZS_MM_WO;
394                 break;
395         case ZPOOL_MM_RW:
396         default:
397                 zs_mm = ZS_MM_RW;
398                 break;
399         }
400
401         return zs_map_object(pool, handle, zs_mm);
402 }
403 static void zs_zpool_unmap(void *pool, unsigned long handle)
404 {
405         zs_unmap_object(pool, handle);
406 }
407
408 static u64 zs_zpool_total_size(void *pool)
409 {
410         return zs_get_total_pages(pool) << PAGE_SHIFT;
411 }
412
413 static struct zpool_driver zs_zpool_driver = {
414         .type =                   "zsmalloc",
415         .owner =                  THIS_MODULE,
416         .create =                 zs_zpool_create,
417         .destroy =                zs_zpool_destroy,
418         .malloc_support_movable = true,
419         .malloc =                 zs_zpool_malloc,
420         .free =                   zs_zpool_free,
421         .map =                    zs_zpool_map,
422         .unmap =                  zs_zpool_unmap,
423         .total_size =             zs_zpool_total_size,
424 };
425
426 MODULE_ALIAS("zpool-zsmalloc");
427 #endif /* CONFIG_ZPOOL */
428
429 /* per-cpu VM mapping areas for zspage accesses that cross page boundaries */
430 static DEFINE_PER_CPU(struct mapping_area, zs_map_area) = {
431         .lock   = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
432 };
433
434 static __maybe_unused int is_first_page(struct page *page)
435 {
436         return PagePrivate(page);
437 }
438
439 /* Protected by pool->lock */
440 static inline int get_zspage_inuse(struct zspage *zspage)
441 {
442         return zspage->inuse;
443 }
444
445
446 static inline void mod_zspage_inuse(struct zspage *zspage, int val)
447 {
448         zspage->inuse += val;
449 }
450
451 static inline struct page *get_first_page(struct zspage *zspage)
452 {
453         struct page *first_page = zspage->first_page;
454
455         VM_BUG_ON_PAGE(!is_first_page(first_page), first_page);
456         return first_page;
457 }
458
459 static inline unsigned int get_first_obj_offset(struct page *page)
460 {
461         return page->page_type;
462 }
463
464 static inline void set_first_obj_offset(struct page *page, unsigned int offset)
465 {
466         page->page_type = offset;
467 }
468
469 static inline unsigned int get_freeobj(struct zspage *zspage)
470 {
471         return zspage->freeobj;
472 }
473
474 static inline void set_freeobj(struct zspage *zspage, unsigned int obj)
475 {
476         zspage->freeobj = obj;
477 }
478
479 static void get_zspage_mapping(struct zspage *zspage,
480                                unsigned int *class_idx,
481                                int *fullness)
482 {
483         BUG_ON(zspage->magic != ZSPAGE_MAGIC);
484
485         *fullness = zspage->fullness;
486         *class_idx = zspage->class;
487 }
488
489 static struct size_class *zspage_class(struct zs_pool *pool,
490                                        struct zspage *zspage)
491 {
492         return pool->size_class[zspage->class];
493 }
494
495 static void set_zspage_mapping(struct zspage *zspage,
496                                unsigned int class_idx,
497                                int fullness)
498 {
499         zspage->class = class_idx;
500         zspage->fullness = fullness;
501 }
502
503 /*
504  * zsmalloc divides the pool into various size classes where each
505  * class maintains a list of zspages where each zspage is divided
506  * into equal sized chunks. Each allocation falls into one of these
507  * classes depending on its size. This function returns index of the
508  * size class which has chunk size big enough to hold the given size.
509  */
510 static int get_size_class_index(int size)
511 {
512         int idx = 0;
513
514         if (likely(size > ZS_MIN_ALLOC_SIZE))
515                 idx = DIV_ROUND_UP(size - ZS_MIN_ALLOC_SIZE,
516                                 ZS_SIZE_CLASS_DELTA);
517
518         return min_t(int, ZS_SIZE_CLASSES - 1, idx);
519 }
520
521 static inline void class_stat_inc(struct size_class *class,
522                                 int type, unsigned long cnt)
523 {
524         class->stats.objs[type] += cnt;
525 }
526
527 static inline void class_stat_dec(struct size_class *class,
528                                 int type, unsigned long cnt)
529 {
530         class->stats.objs[type] -= cnt;
531 }
532
533 static inline unsigned long zs_stat_get(struct size_class *class, int type)
534 {
535         return class->stats.objs[type];
536 }
537
538 #ifdef CONFIG_ZSMALLOC_STAT
539
540 static void __init zs_stat_init(void)
541 {
542         if (!debugfs_initialized()) {
543                 pr_warn("debugfs not available, stat dir not created\n");
544                 return;
545         }
546
547         zs_stat_root = debugfs_create_dir("zsmalloc", NULL);
548 }
549
550 static void __exit zs_stat_exit(void)
551 {
552         debugfs_remove_recursive(zs_stat_root);
553 }
554
555 static unsigned long zs_can_compact(struct size_class *class);
556
557 static int zs_stats_size_show(struct seq_file *s, void *v)
558 {
559         int i, fg;
560         struct zs_pool *pool = s->private;
561         struct size_class *class;
562         int objs_per_zspage;
563         unsigned long obj_allocated, obj_used, pages_used, freeable;
564         unsigned long total_objs = 0, total_used_objs = 0, total_pages = 0;
565         unsigned long total_freeable = 0;
566         unsigned long inuse_totals[NR_FULLNESS_GROUPS] = {0, };
567
568         seq_printf(s, " %5s %5s %9s %9s %9s %9s %9s %9s %9s %9s %9s %9s %9s %13s %10s %10s %16s %8s\n",
569                         "class", "size", "10%", "20%", "30%", "40%",
570                         "50%", "60%", "70%", "80%", "90%", "99%", "100%",
571                         "obj_allocated", "obj_used", "pages_used",
572                         "pages_per_zspage", "freeable");
573
574         for (i = 0; i < ZS_SIZE_CLASSES; i++) {
575
576                 class = pool->size_class[i];
577
578                 if (class->index != i)
579                         continue;
580
581                 spin_lock(&pool->lock);
582
583                 seq_printf(s, " %5u %5u ", i, class->size);
584                 for (fg = ZS_INUSE_RATIO_10; fg < NR_FULLNESS_GROUPS; fg++) {
585                         inuse_totals[fg] += zs_stat_get(class, fg);
586                         seq_printf(s, "%9lu ", zs_stat_get(class, fg));
587                 }
588
589                 obj_allocated = zs_stat_get(class, ZS_OBJS_ALLOCATED);
590                 obj_used = zs_stat_get(class, ZS_OBJS_INUSE);
591                 freeable = zs_can_compact(class);
592                 spin_unlock(&pool->lock);
593
594                 objs_per_zspage = class->objs_per_zspage;
595                 pages_used = obj_allocated / objs_per_zspage *
596                                 class->pages_per_zspage;
597
598                 seq_printf(s, "%13lu %10lu %10lu %16d %8lu\n",
599                            obj_allocated, obj_used, pages_used,
600                            class->pages_per_zspage, freeable);
601
602                 total_objs += obj_allocated;
603                 total_used_objs += obj_used;
604                 total_pages += pages_used;
605                 total_freeable += freeable;
606         }
607
608         seq_puts(s, "\n");
609         seq_printf(s, " %5s %5s ", "Total", "");
610
611         for (fg = ZS_INUSE_RATIO_10; fg < NR_FULLNESS_GROUPS; fg++)
612                 seq_printf(s, "%9lu ", inuse_totals[fg]);
613
614         seq_printf(s, "%13lu %10lu %10lu %16s %8lu\n",
615                    total_objs, total_used_objs, total_pages, "",
616                    total_freeable);
617
618         return 0;
619 }
620 DEFINE_SHOW_ATTRIBUTE(zs_stats_size);
621
622 static void zs_pool_stat_create(struct zs_pool *pool, const char *name)
623 {
624         if (!zs_stat_root) {
625                 pr_warn("no root stat dir, not creating <%s> stat dir\n", name);
626                 return;
627         }
628
629         pool->stat_dentry = debugfs_create_dir(name, zs_stat_root);
630
631         debugfs_create_file("classes", S_IFREG | 0444, pool->stat_dentry, pool,
632                             &zs_stats_size_fops);
633 }
634
635 static void zs_pool_stat_destroy(struct zs_pool *pool)
636 {
637         debugfs_remove_recursive(pool->stat_dentry);
638 }
639
640 #else /* CONFIG_ZSMALLOC_STAT */
641 static void __init zs_stat_init(void)
642 {
643 }
644
645 static void __exit zs_stat_exit(void)
646 {
647 }
648
649 static inline void zs_pool_stat_create(struct zs_pool *pool, const char *name)
650 {
651 }
652
653 static inline void zs_pool_stat_destroy(struct zs_pool *pool)
654 {
655 }
656 #endif
657
658
659 /*
660  * For each size class, zspages are divided into different groups
661  * depending on their usage ratio. This function returns fullness
662  * status of the given page.
663  */
664 static int get_fullness_group(struct size_class *class, struct zspage *zspage)
665 {
666         int inuse, objs_per_zspage, ratio;
667
668         inuse = get_zspage_inuse(zspage);
669         objs_per_zspage = class->objs_per_zspage;
670
671         if (inuse == 0)
672                 return ZS_INUSE_RATIO_0;
673         if (inuse == objs_per_zspage)
674                 return ZS_INUSE_RATIO_100;
675
676         ratio = 100 * inuse / objs_per_zspage;
677         /*
678          * Take integer division into consideration: a page with one inuse
679          * object out of 127 possible, will end up having 0 usage ratio,
680          * which is wrong as it belongs in ZS_INUSE_RATIO_10 fullness group.
681          */
682         return ratio / 10 + 1;
683 }
684
685 /*
686  * Each size class maintains various freelists and zspages are assigned
687  * to one of these freelists based on the number of live objects they
688  * have. This functions inserts the given zspage into the freelist
689  * identified by <class, fullness_group>.
690  */
691 static void insert_zspage(struct size_class *class,
692                                 struct zspage *zspage,
693                                 int fullness)
694 {
695         class_stat_inc(class, fullness, 1);
696         list_add(&zspage->list, &class->fullness_list[fullness]);
697 }
698
699 /*
700  * This function removes the given zspage from the freelist identified
701  * by <class, fullness_group>.
702  */
703 static void remove_zspage(struct size_class *class,
704                                 struct zspage *zspage,
705                                 int fullness)
706 {
707         VM_BUG_ON(list_empty(&class->fullness_list[fullness]));
708
709         list_del_init(&zspage->list);
710         class_stat_dec(class, fullness, 1);
711 }
712
713 /*
714  * Each size class maintains zspages in different fullness groups depending
715  * on the number of live objects they contain. When allocating or freeing
716  * objects, the fullness status of the page can change, for instance, from
717  * INUSE_RATIO_80 to INUSE_RATIO_70 when freeing an object. This function
718  * checks if such a status change has occurred for the given page and
719  * accordingly moves the page from the list of the old fullness group to that
720  * of the new fullness group.
721  */
722 static int fix_fullness_group(struct size_class *class, struct zspage *zspage)
723 {
724         int class_idx;
725         int currfg, newfg;
726
727         get_zspage_mapping(zspage, &class_idx, &currfg);
728         newfg = get_fullness_group(class, zspage);
729         if (newfg == currfg)
730                 goto out;
731
732         remove_zspage(class, zspage, currfg);
733         insert_zspage(class, zspage, newfg);
734         set_zspage_mapping(zspage, class_idx, newfg);
735 out:
736         return newfg;
737 }
738
739 static struct zspage *get_zspage(struct page *page)
740 {
741         struct zspage *zspage = (struct zspage *)page_private(page);
742
743         BUG_ON(zspage->magic != ZSPAGE_MAGIC);
744         return zspage;
745 }
746
747 static struct page *get_next_page(struct page *page)
748 {
749         struct zspage *zspage = get_zspage(page);
750
751         if (unlikely(ZsHugePage(zspage)))
752                 return NULL;
753
754         return (struct page *)page->index;
755 }
756
757 /**
758  * obj_to_location - get (<page>, <obj_idx>) from encoded object value
759  * @obj: the encoded object value
760  * @page: page object resides in zspage
761  * @obj_idx: object index
762  */
763 static void obj_to_location(unsigned long obj, struct page **page,
764                                 unsigned int *obj_idx)
765 {
766         obj >>= OBJ_TAG_BITS;
767         *page = pfn_to_page(obj >> OBJ_INDEX_BITS);
768         *obj_idx = (obj & OBJ_INDEX_MASK);
769 }
770
771 static void obj_to_page(unsigned long obj, struct page **page)
772 {
773         obj >>= OBJ_TAG_BITS;
774         *page = pfn_to_page(obj >> OBJ_INDEX_BITS);
775 }
776
777 /**
778  * location_to_obj - get obj value encoded from (<page>, <obj_idx>)
779  * @page: page object resides in zspage
780  * @obj_idx: object index
781  */
782 static unsigned long location_to_obj(struct page *page, unsigned int obj_idx)
783 {
784         unsigned long obj;
785
786         obj = page_to_pfn(page) << OBJ_INDEX_BITS;
787         obj |= obj_idx & OBJ_INDEX_MASK;
788         obj <<= OBJ_TAG_BITS;
789
790         return obj;
791 }
792
793 static unsigned long handle_to_obj(unsigned long handle)
794 {
795         return *(unsigned long *)handle;
796 }
797
798 static inline bool obj_allocated(struct page *page, void *obj,
799                                  unsigned long *phandle)
800 {
801         unsigned long handle;
802         struct zspage *zspage = get_zspage(page);
803
804         if (unlikely(ZsHugePage(zspage))) {
805                 VM_BUG_ON_PAGE(!is_first_page(page), page);
806                 handle = page->index;
807         } else
808                 handle = *(unsigned long *)obj;
809
810         if (!(handle & OBJ_ALLOCATED_TAG))
811                 return false;
812
813         /* Clear all tags before returning the handle */
814         *phandle = handle & ~OBJ_TAG_MASK;
815         return true;
816 }
817
818 static void reset_page(struct page *page)
819 {
820         __ClearPageMovable(page);
821         ClearPagePrivate(page);
822         set_page_private(page, 0);
823         page_mapcount_reset(page);
824         page->index = 0;
825 }
826
827 static int trylock_zspage(struct zspage *zspage)
828 {
829         struct page *cursor, *fail;
830
831         for (cursor = get_first_page(zspage); cursor != NULL; cursor =
832                                         get_next_page(cursor)) {
833                 if (!trylock_page(cursor)) {
834                         fail = cursor;
835                         goto unlock;
836                 }
837         }
838
839         return 1;
840 unlock:
841         for (cursor = get_first_page(zspage); cursor != fail; cursor =
842                                         get_next_page(cursor))
843                 unlock_page(cursor);
844
845         return 0;
846 }
847
848 static void __free_zspage(struct zs_pool *pool, struct size_class *class,
849                                 struct zspage *zspage)
850 {
851         struct page *page, *next;
852         int fg;
853         unsigned int class_idx;
854
855         get_zspage_mapping(zspage, &class_idx, &fg);
856
857         assert_spin_locked(&pool->lock);
858
859         VM_BUG_ON(get_zspage_inuse(zspage));
860         VM_BUG_ON(fg != ZS_INUSE_RATIO_0);
861
862         next = page = get_first_page(zspage);
863         do {
864                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page), page);
865                 next = get_next_page(page);
866                 reset_page(page);
867                 unlock_page(page);
868                 dec_zone_page_state(page, NR_ZSPAGES);
869                 put_page(page);
870                 page = next;
871         } while (page != NULL);
872
873         cache_free_zspage(pool, zspage);
874
875         class_stat_dec(class, ZS_OBJS_ALLOCATED, class->objs_per_zspage);
876         atomic_long_sub(class->pages_per_zspage, &pool->pages_allocated);
877 }
878
879 static void free_zspage(struct zs_pool *pool, struct size_class *class,
880                                 struct zspage *zspage)
881 {
882         VM_BUG_ON(get_zspage_inuse(zspage));
883         VM_BUG_ON(list_empty(&zspage->list));
884
885         /*
886          * Since zs_free couldn't be sleepable, this function cannot call
887          * lock_page. The page locks trylock_zspage got will be released
888          * by __free_zspage.
889          */
890         if (!trylock_zspage(zspage)) {
891                 kick_deferred_free(pool);
892                 return;
893         }
894
895         remove_zspage(class, zspage, ZS_INUSE_RATIO_0);
896         __free_zspage(pool, class, zspage);
897 }
898
899 /* Initialize a newly allocated zspage */
900 static void init_zspage(struct size_class *class, struct zspage *zspage)
901 {
902         unsigned int freeobj = 1;
903         unsigned long off = 0;
904         struct page *page = get_first_page(zspage);
905
906         while (page) {
907                 struct page *next_page;
908                 struct link_free *link;
909                 void *vaddr;
910
911                 set_first_obj_offset(page, off);
912
913                 vaddr = kmap_atomic(page);
914                 link = (struct link_free *)vaddr + off / sizeof(*link);
915
916                 while ((off += class->size) < PAGE_SIZE) {
917                         link->next = freeobj++ << OBJ_TAG_BITS;
918                         link += class->size / sizeof(*link);
919                 }
920
921                 /*
922                  * We now come to the last (full or partial) object on this
923                  * page, which must point to the first object on the next
924                  * page (if present)
925                  */
926                 next_page = get_next_page(page);
927                 if (next_page) {
928                         link->next = freeobj++ << OBJ_TAG_BITS;
929                 } else {
930                         /*
931                          * Reset OBJ_TAG_BITS bit to last link to tell
932                          * whether it's allocated object or not.
933                          */
934                         link->next = -1UL << OBJ_TAG_BITS;
935                 }
936                 kunmap_atomic(vaddr);
937                 page = next_page;
938                 off %= PAGE_SIZE;
939         }
940
941         set_freeobj(zspage, 0);
942 }
943
944 static void create_page_chain(struct size_class *class, struct zspage *zspage,
945                                 struct page *pages[])
946 {
947         int i;
948         struct page *page;
949         struct page *prev_page = NULL;
950         int nr_pages = class->pages_per_zspage;
951
952         /*
953          * Allocate individual pages and link them together as:
954          * 1. all pages are linked together using page->index
955          * 2. each sub-page point to zspage using page->private
956          *
957          * we set PG_private to identify the first page (i.e. no other sub-page
958          * has this flag set).
959          */
960         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
961                 page = pages[i];
962                 set_page_private(page, (unsigned long)zspage);
963                 page->index = 0;
964                 if (i == 0) {
965                         zspage->first_page = page;
966                         SetPagePrivate(page);
967                         if (unlikely(class->objs_per_zspage == 1 &&
968                                         class->pages_per_zspage == 1))
969                                 SetZsHugePage(zspage);
970                 } else {
971                         prev_page->index = (unsigned long)page;
972                 }
973                 prev_page = page;
974         }
975 }
976
977 /*
978  * Allocate a zspage for the given size class
979  */
980 static struct zspage *alloc_zspage(struct zs_pool *pool,
981                                         struct size_class *class,
982                                         gfp_t gfp)
983 {
984         int i;
985         struct page *pages[ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE];
986         struct zspage *zspage = cache_alloc_zspage(pool, gfp);
987
988         if (!zspage)
989                 return NULL;
990
991         zspage->magic = ZSPAGE_MAGIC;
992         migrate_lock_init(zspage);
993
994         for (i = 0; i < class->pages_per_zspage; i++) {
995                 struct page *page;
996
997                 page = alloc_page(gfp);
998                 if (!page) {
999                         while (--i >= 0) {
1000                                 dec_zone_page_state(pages[i], NR_ZSPAGES);
1001                                 __free_page(pages[i]);
1002                         }
1003                         cache_free_zspage(pool, zspage);
1004                         return NULL;
1005                 }
1006
1007                 inc_zone_page_state(page, NR_ZSPAGES);
1008                 pages[i] = page;
1009         }
1010
1011         create_page_chain(class, zspage, pages);
1012         init_zspage(class, zspage);
1013         zspage->pool = pool;
1014
1015         return zspage;
1016 }
1017
1018 static struct zspage *find_get_zspage(struct size_class *class)
1019 {
1020         int i;
1021         struct zspage *zspage;
1022
1023         for (i = ZS_INUSE_RATIO_99; i >= ZS_INUSE_RATIO_0; i--) {
1024                 zspage = list_first_entry_or_null(&class->fullness_list[i],
1025                                                   struct zspage, list);
1026                 if (zspage)
1027                         break;
1028         }
1029
1030         return zspage;
1031 }
1032
1033 static inline int __zs_cpu_up(struct mapping_area *area)
1034 {
1035         /*
1036          * Make sure we don't leak memory if a cpu UP notification
1037          * and zs_init() race and both call zs_cpu_up() on the same cpu
1038          */
1039         if (area->vm_buf)
1040                 return 0;
1041         area->vm_buf = kmalloc(ZS_MAX_ALLOC_SIZE, GFP_KERNEL);
1042         if (!area->vm_buf)
1043                 return -ENOMEM;
1044         return 0;
1045 }
1046
1047 static inline void __zs_cpu_down(struct mapping_area *area)
1048 {
1049         kfree(area->vm_buf);
1050         area->vm_buf = NULL;
1051 }
1052
1053 static void *__zs_map_object(struct mapping_area *area,
1054                         struct page *pages[2], int off, int size)
1055 {
1056         int sizes[2];
1057         void *addr;
1058         char *buf = area->vm_buf;
1059
1060         /* disable page faults to match kmap_atomic() return conditions */
1061         pagefault_disable();
1062
1063         /* no read fastpath */
1064         if (area->vm_mm == ZS_MM_WO)
1065                 goto out;
1066
1067         sizes[0] = PAGE_SIZE - off;
1068         sizes[1] = size - sizes[0];
1069
1070         /* copy object to per-cpu buffer */
1071         addr = kmap_atomic(pages[0]);
1072         memcpy(buf, addr + off, sizes[0]);
1073         kunmap_atomic(addr);
1074         addr = kmap_atomic(pages[1]);
1075         memcpy(buf + sizes[0], addr, sizes[1]);
1076         kunmap_atomic(addr);
1077 out:
1078         return area->vm_buf;
1079 }
1080
1081 static void __zs_unmap_object(struct mapping_area *area,
1082                         struct page *pages[2], int off, int size)
1083 {
1084         int sizes[2];
1085         void *addr;
1086         char *buf;
1087
1088         /* no write fastpath */
1089         if (area->vm_mm == ZS_MM_RO)
1090                 goto out;
1091
1092         buf = area->vm_buf;
1093         buf = buf + ZS_HANDLE_SIZE;
1094         size -= ZS_HANDLE_SIZE;
1095         off += ZS_HANDLE_SIZE;
1096
1097         sizes[0] = PAGE_SIZE - off;
1098         sizes[1] = size - sizes[0];
1099
1100         /* copy per-cpu buffer to object */
1101         addr = kmap_atomic(pages[0]);
1102         memcpy(addr + off, buf, sizes[0]);
1103         kunmap_atomic(addr);
1104         addr = kmap_atomic(pages[1]);
1105         memcpy(addr, buf + sizes[0], sizes[1]);
1106         kunmap_atomic(addr);
1107
1108 out:
1109         /* enable page faults to match kunmap_atomic() return conditions */
1110         pagefault_enable();
1111 }
1112
1113 static int zs_cpu_prepare(unsigned int cpu)
1114 {
1115         struct mapping_area *area;
1116
1117         area = &per_cpu(zs_map_area, cpu);
1118         return __zs_cpu_up(area);
1119 }
1120
1121 static int zs_cpu_dead(unsigned int cpu)
1122 {
1123         struct mapping_area *area;
1124
1125         area = &per_cpu(zs_map_area, cpu);
1126         __zs_cpu_down(area);
1127         return 0;
1128 }
1129
1130 static bool can_merge(struct size_class *prev, int pages_per_zspage,
1131                                         int objs_per_zspage)
1132 {
1133         if (prev->pages_per_zspage == pages_per_zspage &&
1134                 prev->objs_per_zspage == objs_per_zspage)
1135                 return true;
1136
1137         return false;
1138 }
1139
1140 static bool zspage_full(struct size_class *class, struct zspage *zspage)
1141 {
1142         return get_zspage_inuse(zspage) == class->objs_per_zspage;
1143 }
1144
1145 static bool zspage_empty(struct zspage *zspage)
1146 {
1147         return get_zspage_inuse(zspage) == 0;
1148 }
1149
1150 /**
1151  * zs_lookup_class_index() - Returns index of the zsmalloc &size_class
1152  * that hold objects of the provided size.
1153  * @pool: zsmalloc pool to use
1154  * @size: object size
1155  *
1156  * Context: Any context.
1157  *
1158  * Return: the index of the zsmalloc &size_class that hold objects of the
1159  * provided size.
1160  */
1161 unsigned int zs_lookup_class_index(struct zs_pool *pool, unsigned int size)
1162 {
1163         struct size_class *class;
1164
1165         class = pool->size_class[get_size_class_index(size)];
1166
1167         return class->index;
1168 }
1169 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_lookup_class_index);
1170
1171 unsigned long zs_get_total_pages(struct zs_pool *pool)
1172 {
1173         return atomic_long_read(&pool->pages_allocated);
1174 }
1175 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_get_total_pages);
1176
1177 /**
1178  * zs_map_object - get address of allocated object from handle.
1179  * @pool: pool from which the object was allocated
1180  * @handle: handle returned from zs_malloc
1181  * @mm: mapping mode to use
1182  *
1183  * Before using an object allocated from zs_malloc, it must be mapped using
1184  * this function. When done with the object, it must be unmapped using
1185  * zs_unmap_object.
1186  *
1187  * Only one object can be mapped per cpu at a time. There is no protection
1188  * against nested mappings.
1189  *
1190  * This function returns with preemption and page faults disabled.
1191  */
1192 void *zs_map_object(struct zs_pool *pool, unsigned long handle,
1193                         enum zs_mapmode mm)
1194 {
1195         struct zspage *zspage;
1196         struct page *page;
1197         unsigned long obj, off;
1198         unsigned int obj_idx;
1199
1200         struct size_class *class;
1201         struct mapping_area *area;
1202         struct page *pages[2];
1203         void *ret;
1204
1205         /*
1206          * Because we use per-cpu mapping areas shared among the
1207          * pools/users, we can't allow mapping in interrupt context
1208          * because it can corrupt another users mappings.
1209          */
1210         BUG_ON(in_interrupt());
1211
1212         /* It guarantees it can get zspage from handle safely */
1213         spin_lock(&pool->lock);
1214         obj = handle_to_obj(handle);
1215         obj_to_location(obj, &page, &obj_idx);
1216         zspage = get_zspage(page);
1217
1218         /*
1219          * migration cannot move any zpages in this zspage. Here, pool->lock
1220          * is too heavy since callers would take some time until they calls
1221          * zs_unmap_object API so delegate the locking from class to zspage
1222          * which is smaller granularity.
1223          */
1224         migrate_read_lock(zspage);
1225         spin_unlock(&pool->lock);
1226
1227         class = zspage_class(pool, zspage);
1228         off = offset_in_page(class->size * obj_idx);
1229
1230         local_lock(&zs_map_area.lock);
1231         area = this_cpu_ptr(&zs_map_area);
1232         area->vm_mm = mm;
1233         if (off + class->size <= PAGE_SIZE) {
1234                 /* this object is contained entirely within a page */
1235                 area->vm_addr = kmap_atomic(page);
1236                 ret = area->vm_addr + off;
1237                 goto out;
1238         }
1239
1240         /* this object spans two pages */
1241         pages[0] = page;
1242         pages[1] = get_next_page(page);
1243         BUG_ON(!pages[1]);
1244
1245         ret = __zs_map_object(area, pages, off, class->size);
1246 out:
1247         if (likely(!ZsHugePage(zspage)))
1248                 ret += ZS_HANDLE_SIZE;
1249
1250         return ret;
1251 }
1252 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_map_object);
1253
1254 void zs_unmap_object(struct zs_pool *pool, unsigned long handle)
1255 {
1256         struct zspage *zspage;
1257         struct page *page;
1258         unsigned long obj, off;
1259         unsigned int obj_idx;
1260
1261         struct size_class *class;
1262         struct mapping_area *area;
1263
1264         obj = handle_to_obj(handle);
1265         obj_to_location(obj, &page, &obj_idx);
1266         zspage = get_zspage(page);
1267         class = zspage_class(pool, zspage);
1268         off = offset_in_page(class->size * obj_idx);
1269
1270         area = this_cpu_ptr(&zs_map_area);
1271         if (off + class->size <= PAGE_SIZE)
1272                 kunmap_atomic(area->vm_addr);
1273         else {
1274                 struct page *pages[2];
1275
1276                 pages[0] = page;
1277                 pages[1] = get_next_page(page);
1278                 BUG_ON(!pages[1]);
1279
1280                 __zs_unmap_object(area, pages, off, class->size);
1281         }
1282         local_unlock(&zs_map_area.lock);
1283
1284         migrate_read_unlock(zspage);
1285 }
1286 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_unmap_object);
1287
1288 /**
1289  * zs_huge_class_size() - Returns the size (in bytes) of the first huge
1290  *                        zsmalloc &size_class.
1291  * @pool: zsmalloc pool to use
1292  *
1293  * The function returns the size of the first huge class - any object of equal
1294  * or bigger size will be stored in zspage consisting of a single physical
1295  * page.
1296  *
1297  * Context: Any context.
1298  *
1299  * Return: the size (in bytes) of the first huge zsmalloc &size_class.
1300  */
1301 size_t zs_huge_class_size(struct zs_pool *pool)
1302 {
1303         return huge_class_size;
1304 }
1305 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_huge_class_size);
1306
1307 static unsigned long obj_malloc(struct zs_pool *pool,
1308                                 struct zspage *zspage, unsigned long handle)
1309 {
1310         int i, nr_page, offset;
1311         unsigned long obj;
1312         struct link_free *link;
1313         struct size_class *class;
1314
1315         struct page *m_page;
1316         unsigned long m_offset;
1317         void *vaddr;
1318
1319         class = pool->size_class[zspage->class];
1320         handle |= OBJ_ALLOCATED_TAG;
1321         obj = get_freeobj(zspage);
1322
1323         offset = obj * class->size;
1324         nr_page = offset >> PAGE_SHIFT;
1325         m_offset = offset_in_page(offset);
1326         m_page = get_first_page(zspage);
1327
1328         for (i = 0; i < nr_page; i++)
1329                 m_page = get_next_page(m_page);
1330
1331         vaddr = kmap_atomic(m_page);
1332         link = (struct link_free *)vaddr + m_offset / sizeof(*link);
1333         set_freeobj(zspage, link->next >> OBJ_TAG_BITS);
1334         if (likely(!ZsHugePage(zspage)))
1335                 /* record handle in the header of allocated chunk */
1336                 link->handle = handle;
1337         else
1338                 /* record handle to page->index */
1339                 zspage->first_page->index = handle;
1340
1341         kunmap_atomic(vaddr);
1342         mod_zspage_inuse(zspage, 1);
1343
1344         obj = location_to_obj(m_page, obj);
1345
1346         return obj;
1347 }
1348
1349
1350 /**
1351  * zs_malloc - Allocate block of given size from pool.
1352  * @pool: pool to allocate from
1353  * @size: size of block to allocate
1354  * @gfp: gfp flags when allocating object
1355  *
1356  * On success, handle to the allocated object is returned,
1357  * otherwise an ERR_PTR().
1358  * Allocation requests with size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE will fail.
1359  */
1360 unsigned long zs_malloc(struct zs_pool *pool, size_t size, gfp_t gfp)
1361 {
1362         unsigned long handle, obj;
1363         struct size_class *class;
1364         int newfg;
1365         struct zspage *zspage;
1366
1367         if (unlikely(!size || size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE))
1368                 return (unsigned long)ERR_PTR(-EINVAL);
1369
1370         handle = cache_alloc_handle(pool, gfp);
1371         if (!handle)
1372                 return (unsigned long)ERR_PTR(-ENOMEM);
1373
1374         /* extra space in chunk to keep the handle */
1375         size += ZS_HANDLE_SIZE;
1376         class = pool->size_class[get_size_class_index(size)];
1377
1378         /* pool->lock effectively protects the zpage migration */
1379         spin_lock(&pool->lock);
1380         zspage = find_get_zspage(class);
1381         if (likely(zspage)) {
1382                 obj = obj_malloc(pool, zspage, handle);
1383                 /* Now move the zspage to another fullness group, if required */
1384                 fix_fullness_group(class, zspage);
1385                 record_obj(handle, obj);
1386                 class_stat_inc(class, ZS_OBJS_INUSE, 1);
1387
1388                 goto out;
1389         }
1390
1391         spin_unlock(&pool->lock);
1392
1393         zspage = alloc_zspage(pool, class, gfp);
1394         if (!zspage) {
1395                 cache_free_handle(pool, handle);
1396                 return (unsigned long)ERR_PTR(-ENOMEM);
1397         }
1398
1399         spin_lock(&pool->lock);
1400         obj = obj_malloc(pool, zspage, handle);
1401         newfg = get_fullness_group(class, zspage);
1402         insert_zspage(class, zspage, newfg);
1403         set_zspage_mapping(zspage, class->index, newfg);
1404         record_obj(handle, obj);
1405         atomic_long_add(class->pages_per_zspage, &pool->pages_allocated);
1406         class_stat_inc(class, ZS_OBJS_ALLOCATED, class->objs_per_zspage);
1407         class_stat_inc(class, ZS_OBJS_INUSE, 1);
1408
1409         /* We completely set up zspage so mark them as movable */
1410         SetZsPageMovable(pool, zspage);
1411 out:
1412         spin_unlock(&pool->lock);
1413
1414         return handle;
1415 }
1416 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_malloc);
1417
1418 static void obj_free(int class_size, unsigned long obj)
1419 {
1420         struct link_free *link;
1421         struct zspage *zspage;
1422         struct page *f_page;
1423         unsigned long f_offset;
1424         unsigned int f_objidx;
1425         void *vaddr;
1426
1427         obj_to_location(obj, &f_page, &f_objidx);
1428         f_offset = offset_in_page(class_size * f_objidx);
1429         zspage = get_zspage(f_page);
1430
1431         vaddr = kmap_atomic(f_page);
1432         link = (struct link_free *)(vaddr + f_offset);
1433
1434         /* Insert this object in containing zspage's freelist */
1435         if (likely(!ZsHugePage(zspage)))
1436                 link->next = get_freeobj(zspage) << OBJ_TAG_BITS;
1437         else
1438                 f_page->index = 0;
1439         set_freeobj(zspage, f_objidx);
1440
1441         kunmap_atomic(vaddr);
1442         mod_zspage_inuse(zspage, -1);
1443 }
1444
1445 void zs_free(struct zs_pool *pool, unsigned long handle)
1446 {
1447         struct zspage *zspage;
1448         struct page *f_page;
1449         unsigned long obj;
1450         struct size_class *class;
1451         int fullness;
1452
1453         if (IS_ERR_OR_NULL((void *)handle))
1454                 return;
1455
1456         /*
1457          * The pool->lock protects the race with zpage's migration
1458          * so it's safe to get the page from handle.
1459          */
1460         spin_lock(&pool->lock);
1461         obj = handle_to_obj(handle);
1462         obj_to_page(obj, &f_page);
1463         zspage = get_zspage(f_page);
1464         class = zspage_class(pool, zspage);
1465
1466         class_stat_dec(class, ZS_OBJS_INUSE, 1);
1467         obj_free(class->size, obj);
1468
1469         fullness = fix_fullness_group(class, zspage);
1470         if (fullness == ZS_INUSE_RATIO_0)
1471                 free_zspage(pool, class, zspage);
1472
1473         spin_unlock(&pool->lock);
1474         cache_free_handle(pool, handle);
1475 }
1476 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_free);
1477
1478 static void zs_object_copy(struct size_class *class, unsigned long dst,
1479                                 unsigned long src)
1480 {
1481         struct page *s_page, *d_page;
1482         unsigned int s_objidx, d_objidx;
1483         unsigned long s_off, d_off;
1484         void *s_addr, *d_addr;
1485         int s_size, d_size, size;
1486         int written = 0;
1487
1488         s_size = d_size = class->size;
1489
1490         obj_to_location(src, &s_page, &s_objidx);
1491         obj_to_location(dst, &d_page, &d_objidx);
1492
1493         s_off = offset_in_page(class->size * s_objidx);
1494         d_off = offset_in_page(class->size * d_objidx);
1495
1496         if (s_off + class->size > PAGE_SIZE)
1497                 s_size = PAGE_SIZE - s_off;
1498
1499         if (d_off + class->size > PAGE_SIZE)
1500                 d_size = PAGE_SIZE - d_off;
1501
1502         s_addr = kmap_atomic(s_page);
1503         d_addr = kmap_atomic(d_page);
1504
1505         while (1) {
1506                 size = min(s_size, d_size);
1507                 memcpy(d_addr + d_off, s_addr + s_off, size);
1508                 written += size;
1509
1510                 if (written == class->size)
1511                         break;
1512
1513                 s_off += size;
1514                 s_size -= size;
1515                 d_off += size;
1516                 d_size -= size;
1517
1518                 /*
1519                  * Calling kunmap_atomic(d_addr) is necessary. kunmap_atomic()
1520                  * calls must occurs in reverse order of calls to kmap_atomic().
1521                  * So, to call kunmap_atomic(s_addr) we should first call
1522                  * kunmap_atomic(d_addr). For more details see
1523                  * Documentation/mm/highmem.rst.
1524                  */
1525                 if (s_off >= PAGE_SIZE) {
1526                         kunmap_atomic(d_addr);
1527                         kunmap_atomic(s_addr);
1528                         s_page = get_next_page(s_page);
1529                         s_addr = kmap_atomic(s_page);
1530                         d_addr = kmap_atomic(d_page);
1531                         s_size = class->size - written;
1532                         s_off = 0;
1533                 }
1534
1535                 if (d_off >= PAGE_SIZE) {
1536                         kunmap_atomic(d_addr);
1537                         d_page = get_next_page(d_page);
1538                         d_addr = kmap_atomic(d_page);
1539                         d_size = class->size - written;
1540                         d_off = 0;
1541                 }
1542         }
1543
1544         kunmap_atomic(d_addr);
1545         kunmap_atomic(s_addr);
1546 }
1547
1548 /*
1549  * Find alloced object in zspage from index object and
1550  * return handle.
1551  */
1552 static unsigned long find_alloced_obj(struct size_class *class,
1553                                       struct page *page, int *obj_idx)
1554 {
1555         unsigned int offset;
1556         int index = *obj_idx;
1557         unsigned long handle = 0;
1558         void *addr = kmap_atomic(page);
1559
1560         offset = get_first_obj_offset(page);
1561         offset += class->size * index;
1562
1563         while (offset < PAGE_SIZE) {
1564                 if (obj_allocated(page, addr + offset, &handle))
1565                         break;
1566
1567                 offset += class->size;
1568                 index++;
1569         }
1570
1571         kunmap_atomic(addr);
1572
1573         *obj_idx = index;
1574
1575         return handle;
1576 }
1577
1578 static void migrate_zspage(struct zs_pool *pool, struct zspage *src_zspage,
1579                            struct zspage *dst_zspage)
1580 {
1581         unsigned long used_obj, free_obj;
1582         unsigned long handle;
1583         int obj_idx = 0;
1584         struct page *s_page = get_first_page(src_zspage);
1585         struct size_class *class = pool->size_class[src_zspage->class];
1586
1587         while (1) {
1588                 handle = find_alloced_obj(class, s_page, &obj_idx);
1589                 if (!handle) {
1590                         s_page = get_next_page(s_page);
1591                         if (!s_page)
1592                                 break;
1593                         obj_idx = 0;
1594                         continue;
1595                 }
1596
1597                 used_obj = handle_to_obj(handle);
1598                 free_obj = obj_malloc(pool, dst_zspage, handle);
1599                 zs_object_copy(class, free_obj, used_obj);
1600                 obj_idx++;
1601                 record_obj(handle, free_obj);
1602                 obj_free(class->size, used_obj);
1603
1604                 /* Stop if there is no more space */
1605                 if (zspage_full(class, dst_zspage))
1606                         break;
1607
1608                 /* Stop if there are no more objects to migrate */
1609                 if (zspage_empty(src_zspage))
1610                         break;
1611         }
1612 }
1613
1614 static struct zspage *isolate_src_zspage(struct size_class *class)
1615 {
1616         struct zspage *zspage;
1617         int fg;
1618
1619         for (fg = ZS_INUSE_RATIO_10; fg <= ZS_INUSE_RATIO_99; fg++) {
1620                 zspage = list_first_entry_or_null(&class->fullness_list[fg],
1621                                                   struct zspage, list);
1622                 if (zspage) {
1623                         remove_zspage(class, zspage, fg);
1624                         return zspage;
1625                 }
1626         }
1627
1628         return zspage;
1629 }
1630
1631 static struct zspage *isolate_dst_zspage(struct size_class *class)
1632 {
1633         struct zspage *zspage;
1634         int fg;
1635
1636         for (fg = ZS_INUSE_RATIO_99; fg >= ZS_INUSE_RATIO_10; fg--) {
1637                 zspage = list_first_entry_or_null(&class->fullness_list[fg],
1638                                                   struct zspage, list);
1639                 if (zspage) {
1640                         remove_zspage(class, zspage, fg);
1641                         return zspage;
1642                 }
1643         }
1644
1645         return zspage;
1646 }
1647
1648 /*
1649  * putback_zspage - add @zspage into right class's fullness list
1650  * @class: destination class
1651  * @zspage: target page
1652  *
1653  * Return @zspage's fullness status
1654  */
1655 static int putback_zspage(struct size_class *class, struct zspage *zspage)
1656 {
1657         int fullness;
1658
1659         fullness = get_fullness_group(class, zspage);
1660         insert_zspage(class, zspage, fullness);
1661         set_zspage_mapping(zspage, class->index, fullness);
1662
1663         return fullness;
1664 }
1665
1666 #ifdef CONFIG_COMPACTION
1667 /*
1668  * To prevent zspage destroy during migration, zspage freeing should
1669  * hold locks of all pages in the zspage.
1670  */
1671 static void lock_zspage(struct zspage *zspage)
1672 {
1673         struct page *curr_page, *page;
1674
1675         /*
1676          * Pages we haven't locked yet can be migrated off the list while we're
1677          * trying to lock them, so we need to be careful and only attempt to
1678          * lock each page under migrate_read_lock(). Otherwise, the page we lock
1679          * may no longer belong to the zspage. This means that we may wait for
1680          * the wrong page to unlock, so we must take a reference to the page
1681          * prior to waiting for it to unlock outside migrate_read_lock().
1682          */
1683         while (1) {
1684                 migrate_read_lock(zspage);
1685                 page = get_first_page(zspage);
1686                 if (trylock_page(page))
1687                         break;
1688                 get_page(page);
1689                 migrate_read_unlock(zspage);
1690                 wait_on_page_locked(page);
1691                 put_page(page);
1692         }
1693
1694         curr_page = page;
1695         while ((page = get_next_page(curr_page))) {
1696                 if (trylock_page(page)) {
1697                         curr_page = page;
1698                 } else {
1699                         get_page(page);
1700                         migrate_read_unlock(zspage);
1701                         wait_on_page_locked(page);
1702                         put_page(page);
1703                         migrate_read_lock(zspage);
1704                 }
1705         }
1706         migrate_read_unlock(zspage);
1707 }
1708 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
1709
1710 static void migrate_lock_init(struct zspage *zspage)
1711 {
1712         rwlock_init(&zspage->lock);
1713 }
1714
1715 static void migrate_read_lock(struct zspage *zspage) __acquires(&zspage->lock)
1716 {
1717         read_lock(&zspage->lock);
1718 }
1719
1720 static void migrate_read_unlock(struct zspage *zspage) __releases(&zspage->lock)
1721 {
1722         read_unlock(&zspage->lock);
1723 }
1724
1725 #ifdef CONFIG_COMPACTION
1726 static void migrate_write_lock(struct zspage *zspage)
1727 {
1728         write_lock(&zspage->lock);
1729 }
1730
1731 static void migrate_write_lock_nested(struct zspage *zspage)
1732 {
1733         write_lock_nested(&zspage->lock, SINGLE_DEPTH_NESTING);
1734 }
1735
1736 static void migrate_write_unlock(struct zspage *zspage)
1737 {
1738         write_unlock(&zspage->lock);
1739 }
1740
1741 /* Number of isolated subpage for *page migration* in this zspage */
1742 static void inc_zspage_isolation(struct zspage *zspage)
1743 {
1744         zspage->isolated++;
1745 }
1746
1747 static void dec_zspage_isolation(struct zspage *zspage)
1748 {
1749         VM_BUG_ON(zspage->isolated == 0);
1750         zspage->isolated--;
1751 }
1752
1753 static const struct movable_operations zsmalloc_mops;
1754
1755 static void replace_sub_page(struct size_class *class, struct zspage *zspage,
1756                                 struct page *newpage, struct page *oldpage)
1757 {
1758         struct page *page;
1759         struct page *pages[ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE] = {NULL, };
1760         int idx = 0;
1761
1762         page = get_first_page(zspage);
1763         do {
1764                 if (page == oldpage)
1765                         pages[idx] = newpage;
1766                 else
1767                         pages[idx] = page;
1768                 idx++;
1769         } while ((page = get_next_page(page)) != NULL);
1770
1771         create_page_chain(class, zspage, pages);
1772         set_first_obj_offset(newpage, get_first_obj_offset(oldpage));
1773         if (unlikely(ZsHugePage(zspage)))
1774                 newpage->index = oldpage->index;
1775         __SetPageMovable(newpage, &zsmalloc_mops);
1776 }
1777
1778 static bool zs_page_isolate(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1779 {
1780         struct zs_pool *pool;
1781         struct zspage *zspage;
1782
1783         /*
1784          * Page is locked so zspage couldn't be destroyed. For detail, look at
1785          * lock_zspage in free_zspage.
1786          */
1787         VM_BUG_ON_PAGE(PageIsolated(page), page);
1788
1789         zspage = get_zspage(page);
1790         pool = zspage->pool;
1791         spin_lock(&pool->lock);
1792         inc_zspage_isolation(zspage);
1793         spin_unlock(&pool->lock);
1794
1795         return true;
1796 }
1797
1798 static int zs_page_migrate(struct page *newpage, struct page *page,
1799                 enum migrate_mode mode)
1800 {
1801         struct zs_pool *pool;
1802         struct size_class *class;
1803         struct zspage *zspage;
1804         struct page *dummy;
1805         void *s_addr, *d_addr, *addr;
1806         unsigned int offset;
1807         unsigned long handle;
1808         unsigned long old_obj, new_obj;
1809         unsigned int obj_idx;
1810
1811         /*
1812          * We cannot support the _NO_COPY case here, because copy needs to
1813          * happen under the zs lock, which does not work with
1814          * MIGRATE_SYNC_NO_COPY workflow.
1815          */
1816         if (mode == MIGRATE_SYNC_NO_COPY)
1817                 return -EINVAL;
1818
1819         VM_BUG_ON_PAGE(!PageIsolated(page), page);
1820
1821         /* The page is locked, so this pointer must remain valid */
1822         zspage = get_zspage(page);
1823         pool = zspage->pool;
1824
1825         /*
1826          * The pool's lock protects the race between zpage migration
1827          * and zs_free.
1828          */
1829         spin_lock(&pool->lock);
1830         class = zspage_class(pool, zspage);
1831
1832         /* the migrate_write_lock protects zpage access via zs_map_object */
1833         migrate_write_lock(zspage);
1834
1835         offset = get_first_obj_offset(page);
1836         s_addr = kmap_atomic(page);
1837
1838         /*
1839          * Here, any user cannot access all objects in the zspage so let's move.
1840          */
1841         d_addr = kmap_atomic(newpage);
1842         memcpy(d_addr, s_addr, PAGE_SIZE);
1843         kunmap_atomic(d_addr);
1844
1845         for (addr = s_addr + offset; addr < s_addr + PAGE_SIZE;
1846                                         addr += class->size) {
1847                 if (obj_allocated(page, addr, &handle)) {
1848
1849                         old_obj = handle_to_obj(handle);
1850                         obj_to_location(old_obj, &dummy, &obj_idx);
1851                         new_obj = (unsigned long)location_to_obj(newpage,
1852                                                                 obj_idx);
1853                         record_obj(handle, new_obj);
1854                 }
1855         }
1856         kunmap_atomic(s_addr);
1857
1858         replace_sub_page(class, zspage, newpage, page);
1859         dec_zspage_isolation(zspage);
1860         /*
1861          * Since we complete the data copy and set up new zspage structure,
1862          * it's okay to release the pool's lock.
1863          */
1864         spin_unlock(&pool->lock);
1865         migrate_write_unlock(zspage);
1866
1867         get_page(newpage);
1868         if (page_zone(newpage) != page_zone(page)) {
1869                 dec_zone_page_state(page, NR_ZSPAGES);
1870                 inc_zone_page_state(newpage, NR_ZSPAGES);
1871         }
1872
1873         reset_page(page);
1874         put_page(page);
1875
1876         return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
1877 }
1878
1879 static void zs_page_putback(struct page *page)
1880 {
1881         struct zs_pool *pool;
1882         struct zspage *zspage;
1883
1884         VM_BUG_ON_PAGE(!PageIsolated(page), page);
1885
1886         zspage = get_zspage(page);
1887         pool = zspage->pool;
1888         spin_lock(&pool->lock);
1889         dec_zspage_isolation(zspage);
1890         spin_unlock(&pool->lock);
1891 }
1892
1893 static const struct movable_operations zsmalloc_mops = {
1894         .isolate_page = zs_page_isolate,
1895         .migrate_page = zs_page_migrate,
1896         .putback_page = zs_page_putback,
1897 };
1898
1899 /*
1900  * Caller should hold page_lock of all pages in the zspage
1901  * In here, we cannot use zspage meta data.
1902  */
1903 static void async_free_zspage(struct work_struct *work)
1904 {
1905         int i;
1906         struct size_class *class;
1907         unsigned int class_idx;
1908         int fullness;
1909         struct zspage *zspage, *tmp;
1910         LIST_HEAD(free_pages);
1911         struct zs_pool *pool = container_of(work, struct zs_pool,
1912                                         free_work);
1913
1914         for (i = 0; i < ZS_SIZE_CLASSES; i++) {
1915                 class = pool->size_class[i];
1916                 if (class->index != i)
1917                         continue;
1918
1919                 spin_lock(&pool->lock);
1920                 list_splice_init(&class->fullness_list[ZS_INUSE_RATIO_0],
1921                                  &free_pages);
1922                 spin_unlock(&pool->lock);
1923         }
1924
1925         list_for_each_entry_safe(zspage, tmp, &free_pages, list) {
1926                 list_del(&zspage->list);
1927                 lock_zspage(zspage);
1928
1929                 get_zspage_mapping(zspage, &class_idx, &fullness);
1930                 VM_BUG_ON(fullness != ZS_INUSE_RATIO_0);
1931                 class = pool->size_class[class_idx];
1932                 spin_lock(&pool->lock);
1933                 __free_zspage(pool, class, zspage);
1934                 spin_unlock(&pool->lock);
1935         }
1936 };
1937
1938 static void kick_deferred_free(struct zs_pool *pool)
1939 {
1940         schedule_work(&pool->free_work);
1941 }
1942
1943 static void zs_flush_migration(struct zs_pool *pool)
1944 {
1945         flush_work(&pool->free_work);
1946 }
1947
1948 static void init_deferred_free(struct zs_pool *pool)
1949 {
1950         INIT_WORK(&pool->free_work, async_free_zspage);
1951 }
1952
1953 static void SetZsPageMovable(struct zs_pool *pool, struct zspage *zspage)
1954 {
1955         struct page *page = get_first_page(zspage);
1956
1957         do {
1958                 WARN_ON(!trylock_page(page));
1959                 __SetPageMovable(page, &zsmalloc_mops);
1960                 unlock_page(page);
1961         } while ((page = get_next_page(page)) != NULL);
1962 }
1963 #else
1964 static inline void zs_flush_migration(struct zs_pool *pool) { }
1965 #endif
1966
1967 /*
1968  *
1969  * Based on the number of unused allocated objects calculate
1970  * and return the number of pages that we can free.
1971  */
1972 static unsigned long zs_can_compact(struct size_class *class)
1973 {
1974         unsigned long obj_wasted;
1975         unsigned long obj_allocated = zs_stat_get(class, ZS_OBJS_ALLOCATED);
1976         unsigned long obj_used = zs_stat_get(class, ZS_OBJS_INUSE);
1977
1978         if (obj_allocated <= obj_used)
1979                 return 0;
1980
1981         obj_wasted = obj_allocated - obj_used;
1982         obj_wasted /= class->objs_per_zspage;
1983
1984         return obj_wasted * class->pages_per_zspage;
1985 }
1986
1987 static unsigned long __zs_compact(struct zs_pool *pool,
1988                                   struct size_class *class)
1989 {
1990         struct zspage *src_zspage = NULL;
1991         struct zspage *dst_zspage = NULL;
1992         unsigned long pages_freed = 0;
1993
1994         /*
1995          * protect the race between zpage migration and zs_free
1996          * as well as zpage allocation/free
1997          */
1998         spin_lock(&pool->lock);
1999         while (zs_can_compact(class)) {
2000                 int fg;
2001
2002                 if (!dst_zspage) {
2003                         dst_zspage = isolate_dst_zspage(class);
2004                         if (!dst_zspage)
2005                                 break;
2006                         migrate_write_lock(dst_zspage);
2007                 }
2008
2009                 src_zspage = isolate_src_zspage(class);
2010                 if (!src_zspage)
2011                         break;
2012
2013                 migrate_write_lock_nested(src_zspage);
2014
2015                 migrate_zspage(pool, src_zspage, dst_zspage);
2016                 fg = putback_zspage(class, src_zspage);
2017                 migrate_write_unlock(src_zspage);
2018
2019                 if (fg == ZS_INUSE_RATIO_0) {
2020                         free_zspage(pool, class, src_zspage);
2021                         pages_freed += class->pages_per_zspage;
2022                 }
2023                 src_zspage = NULL;
2024
2025                 if (get_fullness_group(class, dst_zspage) == ZS_INUSE_RATIO_100
2026                     || spin_is_contended(&pool->lock)) {
2027                         putback_zspage(class, dst_zspage);
2028                         migrate_write_unlock(dst_zspage);
2029                         dst_zspage = NULL;
2030
2031                         spin_unlock(&pool->lock);
2032                         cond_resched();
2033                         spin_lock(&pool->lock);
2034                 }
2035         }
2036
2037         if (src_zspage) {
2038                 putback_zspage(class, src_zspage);
2039                 migrate_write_unlock(src_zspage);
2040         }
2041
2042         if (dst_zspage) {
2043                 putback_zspage(class, dst_zspage);
2044                 migrate_write_unlock(dst_zspage);
2045         }
2046         spin_unlock(&pool->lock);
2047
2048         return pages_freed;
2049 }
2050
2051 unsigned long zs_compact(struct zs_pool *pool)
2052 {
2053         int i;
2054         struct size_class *class;
2055         unsigned long pages_freed = 0;
2056
2057         /*
2058          * Pool compaction is performed under pool->lock so it is basically
2059          * single-threaded. Having more than one thread in __zs_compact()
2060          * will increase pool->lock contention, which will impact other
2061          * zsmalloc operations that need pool->lock.
2062          */
2063         if (atomic_xchg(&pool->compaction_in_progress, 1))
2064                 return 0;
2065
2066         for (i = ZS_SIZE_CLASSES - 1; i >= 0; i--) {
2067                 class = pool->size_class[i];
2068                 if (class->index != i)
2069                         continue;
2070                 pages_freed += __zs_compact(pool, class);
2071         }
2072         atomic_long_add(pages_freed, &pool->stats.pages_compacted);
2073         atomic_set(&pool->compaction_in_progress, 0);
2074
2075         return pages_freed;
2076 }
2077 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_compact);
2078
2079 void zs_pool_stats(struct zs_pool *pool, struct zs_pool_stats *stats)
2080 {
2081         memcpy(stats, &pool->stats, sizeof(struct zs_pool_stats));
2082 }
2083 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_pool_stats);
2084
2085 static unsigned long zs_shrinker_scan(struct shrinker *shrinker,
2086                 struct shrink_control *sc)
2087 {
2088         unsigned long pages_freed;
2089         struct zs_pool *pool = container_of(shrinker, struct zs_pool,
2090                         shrinker);
2091
2092         /*
2093          * Compact classes and calculate compaction delta.
2094          * Can run concurrently with a manually triggered
2095          * (by user) compaction.
2096          */
2097         pages_freed = zs_compact(pool);
2098
2099         return pages_freed ? pages_freed : SHRINK_STOP;
2100 }
2101
2102 static unsigned long zs_shrinker_count(struct shrinker *shrinker,
2103                 struct shrink_control *sc)
2104 {
2105         int i;
2106         struct size_class *class;
2107         unsigned long pages_to_free = 0;
2108         struct zs_pool *pool = container_of(shrinker, struct zs_pool,
2109                         shrinker);
2110
2111         for (i = ZS_SIZE_CLASSES - 1; i >= 0; i--) {
2112                 class = pool->size_class[i];
2113                 if (class->index != i)
2114                         continue;
2115
2116                 pages_to_free += zs_can_compact(class);
2117         }
2118
2119         return pages_to_free;
2120 }
2121
2122 static void zs_unregister_shrinker(struct zs_pool *pool)
2123 {
2124         unregister_shrinker(&pool->shrinker);
2125 }
2126
2127 static int zs_register_shrinker(struct zs_pool *pool)
2128 {
2129         pool->shrinker.scan_objects = zs_shrinker_scan;
2130         pool->shrinker.count_objects = zs_shrinker_count;
2131         pool->shrinker.batch = 0;
2132         pool->shrinker.seeks = DEFAULT_SEEKS;
2133
2134         return register_shrinker(&pool->shrinker, "mm-zspool:%s",
2135                                  pool->name);
2136 }
2137
2138 static int calculate_zspage_chain_size(int class_size)
2139 {
2140         int i, min_waste = INT_MAX;
2141         int chain_size = 1;
2142
2143         if (is_power_of_2(class_size))
2144                 return chain_size;
2145
2146         for (i = 1; i <= ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE; i++) {
2147                 int waste;
2148
2149                 waste = (i * PAGE_SIZE) % class_size;
2150                 if (waste < min_waste) {
2151                         min_waste = waste;
2152                         chain_size = i;
2153                 }
2154         }
2155
2156         return chain_size;
2157 }
2158
2159 /**
2160  * zs_create_pool - Creates an allocation pool to work from.
2161  * @name: pool name to be created
2162  *
2163  * This function must be called before anything when using
2164  * the zsmalloc allocator.
2165  *
2166  * On success, a pointer to the newly created pool is returned,
2167  * otherwise NULL.
2168  */
2169 struct zs_pool *zs_create_pool(const char *name)
2170 {
2171         int i;
2172         struct zs_pool *pool;
2173         struct size_class *prev_class = NULL;
2174
2175         pool = kzalloc(sizeof(*pool), GFP_KERNEL);
2176         if (!pool)
2177                 return NULL;
2178
2179         init_deferred_free(pool);
2180         spin_lock_init(&pool->lock);
2181         atomic_set(&pool->compaction_in_progress, 0);
2182
2183         pool->name = kstrdup(name, GFP_KERNEL);
2184         if (!pool->name)
2185                 goto err;
2186
2187         if (create_cache(pool))
2188                 goto err;
2189
2190         /*
2191          * Iterate reversely, because, size of size_class that we want to use
2192          * for merging should be larger or equal to current size.
2193          */
2194         for (i = ZS_SIZE_CLASSES - 1; i >= 0; i--) {
2195                 int size;
2196                 int pages_per_zspage;
2197                 int objs_per_zspage;
2198                 struct size_class *class;
2199                 int fullness;
2200
2201                 size = ZS_MIN_ALLOC_SIZE + i * ZS_SIZE_CLASS_DELTA;
2202                 if (size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE)
2203                         size = ZS_MAX_ALLOC_SIZE;
2204                 pages_per_zspage = calculate_zspage_chain_size(size);
2205                 objs_per_zspage = pages_per_zspage * PAGE_SIZE / size;
2206
2207                 /*
2208                  * We iterate from biggest down to smallest classes,
2209                  * so huge_class_size holds the size of the first huge
2210                  * class. Any object bigger than or equal to that will
2211                  * endup in the huge class.
2212                  */
2213                 if (pages_per_zspage != 1 && objs_per_zspage != 1 &&
2214                                 !huge_class_size) {
2215                         huge_class_size = size;
2216                         /*
2217                          * The object uses ZS_HANDLE_SIZE bytes to store the
2218                          * handle. We need to subtract it, because zs_malloc()
2219                          * unconditionally adds handle size before it performs
2220                          * size class search - so object may be smaller than
2221                          * huge class size, yet it still can end up in the huge
2222                          * class because it grows by ZS_HANDLE_SIZE extra bytes
2223                          * right before class lookup.
2224                          */
2225                         huge_class_size -= (ZS_HANDLE_SIZE - 1);
2226                 }
2227
2228                 /*
2229                  * size_class is used for normal zsmalloc operation such
2230                  * as alloc/free for that size. Although it is natural that we
2231                  * have one size_class for each size, there is a chance that we
2232                  * can get more memory utilization if we use one size_class for
2233                  * many different sizes whose size_class have same
2234                  * characteristics. So, we makes size_class point to
2235                  * previous size_class if possible.
2236                  */
2237                 if (prev_class) {
2238                         if (can_merge(prev_class, pages_per_zspage, objs_per_zspage)) {
2239                                 pool->size_class[i] = prev_class;
2240                                 continue;
2241                         }
2242                 }
2243
2244                 class = kzalloc(sizeof(struct size_class), GFP_KERNEL);
2245                 if (!class)
2246                         goto err;
2247
2248                 class->size = size;
2249                 class->index = i;
2250                 class->pages_per_zspage = pages_per_zspage;
2251                 class->objs_per_zspage = objs_per_zspage;
2252                 pool->size_class[i] = class;
2253
2254                 fullness = ZS_INUSE_RATIO_0;
2255                 while (fullness < NR_FULLNESS_GROUPS) {
2256                         INIT_LIST_HEAD(&class->fullness_list[fullness]);
2257                         fullness++;
2258                 }
2259
2260                 prev_class = class;
2261         }
2262
2263         /* debug only, don't abort if it fails */
2264         zs_pool_stat_create(pool, name);
2265
2266         /*
2267          * Not critical since shrinker is only used to trigger internal
2268          * defragmentation of the pool which is pretty optional thing.  If
2269          * registration fails we still can use the pool normally and user can
2270          * trigger compaction manually. Thus, ignore return code.
2271          */
2272         zs_register_shrinker(pool);
2273
2274         return pool;
2275
2276 err:
2277         zs_destroy_pool(pool);
2278         return NULL;
2279 }
2280 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_create_pool);
2281
2282 void zs_destroy_pool(struct zs_pool *pool)
2283 {
2284         int i;
2285
2286         zs_unregister_shrinker(pool);
2287         zs_flush_migration(pool);
2288         zs_pool_stat_destroy(pool);
2289
2290         for (i = 0; i < ZS_SIZE_CLASSES; i++) {
2291                 int fg;
2292                 struct size_class *class = pool->size_class[i];
2293
2294                 if (!class)
2295                         continue;
2296
2297                 if (class->index != i)
2298                         continue;
2299
2300                 for (fg = ZS_INUSE_RATIO_0; fg < NR_FULLNESS_GROUPS; fg++) {
2301                         if (list_empty(&class->fullness_list[fg]))
2302                                 continue;
2303
2304                         pr_err("Class-%d fullness group %d is not empty\n",
2305                                class->size, fg);
2306                 }
2307                 kfree(class);
2308         }
2309
2310         destroy_cache(pool);
2311         kfree(pool->name);
2312         kfree(pool);
2313 }
2314 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_destroy_pool);
2315
2316 static int __init zs_init(void)
2317 {
2318         int ret;
2319
2320         ret = cpuhp_setup_state(CPUHP_MM_ZS_PREPARE, "mm/zsmalloc:prepare",
2321                                 zs_cpu_prepare, zs_cpu_dead);
2322         if (ret)
2323                 goto out;
2324
2325 #ifdef CONFIG_ZPOOL
2326         zpool_register_driver(&zs_zpool_driver);
2327 #endif
2328
2329         zs_stat_init();
2330
2331         return 0;
2332
2333 out:
2334         return ret;
2335 }
2336
2337 static void __exit zs_exit(void)
2338 {
2339 #ifdef CONFIG_ZPOOL
2340         zpool_unregister_driver(&zs_zpool_driver);
2341 #endif
2342         cpuhp_remove_state(CPUHP_MM_ZS_PREPARE);
2343
2344         zs_stat_exit();
2345 }
2346
2347 module_init(zs_init);
2348 module_exit(zs_exit);
2349
2350 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
2351 MODULE_AUTHOR("Nitin Gupta <ngupta@vflare.org>");