zsmalloc: move migration destination zspage inuse check
[platform/kernel/linux-starfive.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 bool obj_tagged(struct page *page, void *obj, unsigned long *phandle,
799                 int tag)
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 & 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 inline bool obj_allocated(struct page *page, void *obj, unsigned long *phandle)
819 {
820         return obj_tagged(page, obj, phandle, OBJ_ALLOCATED_TAG);
821 }
822
823 static void reset_page(struct page *page)
824 {
825         __ClearPageMovable(page);
826         ClearPagePrivate(page);
827         set_page_private(page, 0);
828         page_mapcount_reset(page);
829         page->index = 0;
830 }
831
832 static int trylock_zspage(struct zspage *zspage)
833 {
834         struct page *cursor, *fail;
835
836         for (cursor = get_first_page(zspage); cursor != NULL; cursor =
837                                         get_next_page(cursor)) {
838                 if (!trylock_page(cursor)) {
839                         fail = cursor;
840                         goto unlock;
841                 }
842         }
843
844         return 1;
845 unlock:
846         for (cursor = get_first_page(zspage); cursor != fail; cursor =
847                                         get_next_page(cursor))
848                 unlock_page(cursor);
849
850         return 0;
851 }
852
853 static void __free_zspage(struct zs_pool *pool, struct size_class *class,
854                                 struct zspage *zspage)
855 {
856         struct page *page, *next;
857         int fg;
858         unsigned int class_idx;
859
860         get_zspage_mapping(zspage, &class_idx, &fg);
861
862         assert_spin_locked(&pool->lock);
863
864         VM_BUG_ON(get_zspage_inuse(zspage));
865         VM_BUG_ON(fg != ZS_INUSE_RATIO_0);
866
867         next = page = get_first_page(zspage);
868         do {
869                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page), page);
870                 next = get_next_page(page);
871                 reset_page(page);
872                 unlock_page(page);
873                 dec_zone_page_state(page, NR_ZSPAGES);
874                 put_page(page);
875                 page = next;
876         } while (page != NULL);
877
878         cache_free_zspage(pool, zspage);
879
880         class_stat_dec(class, ZS_OBJS_ALLOCATED, class->objs_per_zspage);
881         atomic_long_sub(class->pages_per_zspage, &pool->pages_allocated);
882 }
883
884 static void free_zspage(struct zs_pool *pool, struct size_class *class,
885                                 struct zspage *zspage)
886 {
887         VM_BUG_ON(get_zspage_inuse(zspage));
888         VM_BUG_ON(list_empty(&zspage->list));
889
890         /*
891          * Since zs_free couldn't be sleepable, this function cannot call
892          * lock_page. The page locks trylock_zspage got will be released
893          * by __free_zspage.
894          */
895         if (!trylock_zspage(zspage)) {
896                 kick_deferred_free(pool);
897                 return;
898         }
899
900         remove_zspage(class, zspage, ZS_INUSE_RATIO_0);
901         __free_zspage(pool, class, zspage);
902 }
903
904 /* Initialize a newly allocated zspage */
905 static void init_zspage(struct size_class *class, struct zspage *zspage)
906 {
907         unsigned int freeobj = 1;
908         unsigned long off = 0;
909         struct page *page = get_first_page(zspage);
910
911         while (page) {
912                 struct page *next_page;
913                 struct link_free *link;
914                 void *vaddr;
915
916                 set_first_obj_offset(page, off);
917
918                 vaddr = kmap_atomic(page);
919                 link = (struct link_free *)vaddr + off / sizeof(*link);
920
921                 while ((off += class->size) < PAGE_SIZE) {
922                         link->next = freeobj++ << OBJ_TAG_BITS;
923                         link += class->size / sizeof(*link);
924                 }
925
926                 /*
927                  * We now come to the last (full or partial) object on this
928                  * page, which must point to the first object on the next
929                  * page (if present)
930                  */
931                 next_page = get_next_page(page);
932                 if (next_page) {
933                         link->next = freeobj++ << OBJ_TAG_BITS;
934                 } else {
935                         /*
936                          * Reset OBJ_TAG_BITS bit to last link to tell
937                          * whether it's allocated object or not.
938                          */
939                         link->next = -1UL << OBJ_TAG_BITS;
940                 }
941                 kunmap_atomic(vaddr);
942                 page = next_page;
943                 off %= PAGE_SIZE;
944         }
945
946         set_freeobj(zspage, 0);
947 }
948
949 static void create_page_chain(struct size_class *class, struct zspage *zspage,
950                                 struct page *pages[])
951 {
952         int i;
953         struct page *page;
954         struct page *prev_page = NULL;
955         int nr_pages = class->pages_per_zspage;
956
957         /*
958          * Allocate individual pages and link them together as:
959          * 1. all pages are linked together using page->index
960          * 2. each sub-page point to zspage using page->private
961          *
962          * we set PG_private to identify the first page (i.e. no other sub-page
963          * has this flag set).
964          */
965         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
966                 page = pages[i];
967                 set_page_private(page, (unsigned long)zspage);
968                 page->index = 0;
969                 if (i == 0) {
970                         zspage->first_page = page;
971                         SetPagePrivate(page);
972                         if (unlikely(class->objs_per_zspage == 1 &&
973                                         class->pages_per_zspage == 1))
974                                 SetZsHugePage(zspage);
975                 } else {
976                         prev_page->index = (unsigned long)page;
977                 }
978                 prev_page = page;
979         }
980 }
981
982 /*
983  * Allocate a zspage for the given size class
984  */
985 static struct zspage *alloc_zspage(struct zs_pool *pool,
986                                         struct size_class *class,
987                                         gfp_t gfp)
988 {
989         int i;
990         struct page *pages[ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE];
991         struct zspage *zspage = cache_alloc_zspage(pool, gfp);
992
993         if (!zspage)
994                 return NULL;
995
996         zspage->magic = ZSPAGE_MAGIC;
997         migrate_lock_init(zspage);
998
999         for (i = 0; i < class->pages_per_zspage; i++) {
1000                 struct page *page;
1001
1002                 page = alloc_page(gfp);
1003                 if (!page) {
1004                         while (--i >= 0) {
1005                                 dec_zone_page_state(pages[i], NR_ZSPAGES);
1006                                 __free_page(pages[i]);
1007                         }
1008                         cache_free_zspage(pool, zspage);
1009                         return NULL;
1010                 }
1011
1012                 inc_zone_page_state(page, NR_ZSPAGES);
1013                 pages[i] = page;
1014         }
1015
1016         create_page_chain(class, zspage, pages);
1017         init_zspage(class, zspage);
1018         zspage->pool = pool;
1019
1020         return zspage;
1021 }
1022
1023 static struct zspage *find_get_zspage(struct size_class *class)
1024 {
1025         int i;
1026         struct zspage *zspage;
1027
1028         for (i = ZS_INUSE_RATIO_99; i >= ZS_INUSE_RATIO_0; i--) {
1029                 zspage = list_first_entry_or_null(&class->fullness_list[i],
1030                                                   struct zspage, list);
1031                 if (zspage)
1032                         break;
1033         }
1034
1035         return zspage;
1036 }
1037
1038 static inline int __zs_cpu_up(struct mapping_area *area)
1039 {
1040         /*
1041          * Make sure we don't leak memory if a cpu UP notification
1042          * and zs_init() race and both call zs_cpu_up() on the same cpu
1043          */
1044         if (area->vm_buf)
1045                 return 0;
1046         area->vm_buf = kmalloc(ZS_MAX_ALLOC_SIZE, GFP_KERNEL);
1047         if (!area->vm_buf)
1048                 return -ENOMEM;
1049         return 0;
1050 }
1051
1052 static inline void __zs_cpu_down(struct mapping_area *area)
1053 {
1054         kfree(area->vm_buf);
1055         area->vm_buf = NULL;
1056 }
1057
1058 static void *__zs_map_object(struct mapping_area *area,
1059                         struct page *pages[2], int off, int size)
1060 {
1061         int sizes[2];
1062         void *addr;
1063         char *buf = area->vm_buf;
1064
1065         /* disable page faults to match kmap_atomic() return conditions */
1066         pagefault_disable();
1067
1068         /* no read fastpath */
1069         if (area->vm_mm == ZS_MM_WO)
1070                 goto out;
1071
1072         sizes[0] = PAGE_SIZE - off;
1073         sizes[1] = size - sizes[0];
1074
1075         /* copy object to per-cpu buffer */
1076         addr = kmap_atomic(pages[0]);
1077         memcpy(buf, addr + off, sizes[0]);
1078         kunmap_atomic(addr);
1079         addr = kmap_atomic(pages[1]);
1080         memcpy(buf + sizes[0], addr, sizes[1]);
1081         kunmap_atomic(addr);
1082 out:
1083         return area->vm_buf;
1084 }
1085
1086 static void __zs_unmap_object(struct mapping_area *area,
1087                         struct page *pages[2], int off, int size)
1088 {
1089         int sizes[2];
1090         void *addr;
1091         char *buf;
1092
1093         /* no write fastpath */
1094         if (area->vm_mm == ZS_MM_RO)
1095                 goto out;
1096
1097         buf = area->vm_buf;
1098         buf = buf + ZS_HANDLE_SIZE;
1099         size -= ZS_HANDLE_SIZE;
1100         off += ZS_HANDLE_SIZE;
1101
1102         sizes[0] = PAGE_SIZE - off;
1103         sizes[1] = size - sizes[0];
1104
1105         /* copy per-cpu buffer to object */
1106         addr = kmap_atomic(pages[0]);
1107         memcpy(addr + off, buf, sizes[0]);
1108         kunmap_atomic(addr);
1109         addr = kmap_atomic(pages[1]);
1110         memcpy(addr, buf + sizes[0], sizes[1]);
1111         kunmap_atomic(addr);
1112
1113 out:
1114         /* enable page faults to match kunmap_atomic() return conditions */
1115         pagefault_enable();
1116 }
1117
1118 static int zs_cpu_prepare(unsigned int cpu)
1119 {
1120         struct mapping_area *area;
1121
1122         area = &per_cpu(zs_map_area, cpu);
1123         return __zs_cpu_up(area);
1124 }
1125
1126 static int zs_cpu_dead(unsigned int cpu)
1127 {
1128         struct mapping_area *area;
1129
1130         area = &per_cpu(zs_map_area, cpu);
1131         __zs_cpu_down(area);
1132         return 0;
1133 }
1134
1135 static bool can_merge(struct size_class *prev, int pages_per_zspage,
1136                                         int objs_per_zspage)
1137 {
1138         if (prev->pages_per_zspage == pages_per_zspage &&
1139                 prev->objs_per_zspage == objs_per_zspage)
1140                 return true;
1141
1142         return false;
1143 }
1144
1145 static bool zspage_full(struct size_class *class, struct zspage *zspage)
1146 {
1147         return get_zspage_inuse(zspage) == class->objs_per_zspage;
1148 }
1149
1150 static bool zspage_empty(struct zspage *zspage)
1151 {
1152         return get_zspage_inuse(zspage) == 0;
1153 }
1154
1155 /**
1156  * zs_lookup_class_index() - Returns index of the zsmalloc &size_class
1157  * that hold objects of the provided size.
1158  * @pool: zsmalloc pool to use
1159  * @size: object size
1160  *
1161  * Context: Any context.
1162  *
1163  * Return: the index of the zsmalloc &size_class that hold objects of the
1164  * provided size.
1165  */
1166 unsigned int zs_lookup_class_index(struct zs_pool *pool, unsigned int size)
1167 {
1168         struct size_class *class;
1169
1170         class = pool->size_class[get_size_class_index(size)];
1171
1172         return class->index;
1173 }
1174 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_lookup_class_index);
1175
1176 unsigned long zs_get_total_pages(struct zs_pool *pool)
1177 {
1178         return atomic_long_read(&pool->pages_allocated);
1179 }
1180 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_get_total_pages);
1181
1182 /**
1183  * zs_map_object - get address of allocated object from handle.
1184  * @pool: pool from which the object was allocated
1185  * @handle: handle returned from zs_malloc
1186  * @mm: mapping mode to use
1187  *
1188  * Before using an object allocated from zs_malloc, it must be mapped using
1189  * this function. When done with the object, it must be unmapped using
1190  * zs_unmap_object.
1191  *
1192  * Only one object can be mapped per cpu at a time. There is no protection
1193  * against nested mappings.
1194  *
1195  * This function returns with preemption and page faults disabled.
1196  */
1197 void *zs_map_object(struct zs_pool *pool, unsigned long handle,
1198                         enum zs_mapmode mm)
1199 {
1200         struct zspage *zspage;
1201         struct page *page;
1202         unsigned long obj, off;
1203         unsigned int obj_idx;
1204
1205         struct size_class *class;
1206         struct mapping_area *area;
1207         struct page *pages[2];
1208         void *ret;
1209
1210         /*
1211          * Because we use per-cpu mapping areas shared among the
1212          * pools/users, we can't allow mapping in interrupt context
1213          * because it can corrupt another users mappings.
1214          */
1215         BUG_ON(in_interrupt());
1216
1217         /* It guarantees it can get zspage from handle safely */
1218         spin_lock(&pool->lock);
1219         obj = handle_to_obj(handle);
1220         obj_to_location(obj, &page, &obj_idx);
1221         zspage = get_zspage(page);
1222
1223         /*
1224          * migration cannot move any zpages in this zspage. Here, pool->lock
1225          * is too heavy since callers would take some time until they calls
1226          * zs_unmap_object API so delegate the locking from class to zspage
1227          * which is smaller granularity.
1228          */
1229         migrate_read_lock(zspage);
1230         spin_unlock(&pool->lock);
1231
1232         class = zspage_class(pool, zspage);
1233         off = offset_in_page(class->size * obj_idx);
1234
1235         local_lock(&zs_map_area.lock);
1236         area = this_cpu_ptr(&zs_map_area);
1237         area->vm_mm = mm;
1238         if (off + class->size <= PAGE_SIZE) {
1239                 /* this object is contained entirely within a page */
1240                 area->vm_addr = kmap_atomic(page);
1241                 ret = area->vm_addr + off;
1242                 goto out;
1243         }
1244
1245         /* this object spans two pages */
1246         pages[0] = page;
1247         pages[1] = get_next_page(page);
1248         BUG_ON(!pages[1]);
1249
1250         ret = __zs_map_object(area, pages, off, class->size);
1251 out:
1252         if (likely(!ZsHugePage(zspage)))
1253                 ret += ZS_HANDLE_SIZE;
1254
1255         return ret;
1256 }
1257 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_map_object);
1258
1259 void zs_unmap_object(struct zs_pool *pool, unsigned long handle)
1260 {
1261         struct zspage *zspage;
1262         struct page *page;
1263         unsigned long obj, off;
1264         unsigned int obj_idx;
1265
1266         struct size_class *class;
1267         struct mapping_area *area;
1268
1269         obj = handle_to_obj(handle);
1270         obj_to_location(obj, &page, &obj_idx);
1271         zspage = get_zspage(page);
1272         class = zspage_class(pool, zspage);
1273         off = offset_in_page(class->size * obj_idx);
1274
1275         area = this_cpu_ptr(&zs_map_area);
1276         if (off + class->size <= PAGE_SIZE)
1277                 kunmap_atomic(area->vm_addr);
1278         else {
1279                 struct page *pages[2];
1280
1281                 pages[0] = page;
1282                 pages[1] = get_next_page(page);
1283                 BUG_ON(!pages[1]);
1284
1285                 __zs_unmap_object(area, pages, off, class->size);
1286         }
1287         local_unlock(&zs_map_area.lock);
1288
1289         migrate_read_unlock(zspage);
1290 }
1291 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_unmap_object);
1292
1293 /**
1294  * zs_huge_class_size() - Returns the size (in bytes) of the first huge
1295  *                        zsmalloc &size_class.
1296  * @pool: zsmalloc pool to use
1297  *
1298  * The function returns the size of the first huge class - any object of equal
1299  * or bigger size will be stored in zspage consisting of a single physical
1300  * page.
1301  *
1302  * Context: Any context.
1303  *
1304  * Return: the size (in bytes) of the first huge zsmalloc &size_class.
1305  */
1306 size_t zs_huge_class_size(struct zs_pool *pool)
1307 {
1308         return huge_class_size;
1309 }
1310 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_huge_class_size);
1311
1312 static unsigned long obj_malloc(struct zs_pool *pool,
1313                                 struct zspage *zspage, unsigned long handle)
1314 {
1315         int i, nr_page, offset;
1316         unsigned long obj;
1317         struct link_free *link;
1318         struct size_class *class;
1319
1320         struct page *m_page;
1321         unsigned long m_offset;
1322         void *vaddr;
1323
1324         class = pool->size_class[zspage->class];
1325         handle |= OBJ_ALLOCATED_TAG;
1326         obj = get_freeobj(zspage);
1327
1328         offset = obj * class->size;
1329         nr_page = offset >> PAGE_SHIFT;
1330         m_offset = offset_in_page(offset);
1331         m_page = get_first_page(zspage);
1332
1333         for (i = 0; i < nr_page; i++)
1334                 m_page = get_next_page(m_page);
1335
1336         vaddr = kmap_atomic(m_page);
1337         link = (struct link_free *)vaddr + m_offset / sizeof(*link);
1338         set_freeobj(zspage, link->next >> OBJ_TAG_BITS);
1339         if (likely(!ZsHugePage(zspage)))
1340                 /* record handle in the header of allocated chunk */
1341                 link->handle = handle;
1342         else
1343                 /* record handle to page->index */
1344                 zspage->first_page->index = handle;
1345
1346         kunmap_atomic(vaddr);
1347         mod_zspage_inuse(zspage, 1);
1348
1349         obj = location_to_obj(m_page, obj);
1350
1351         return obj;
1352 }
1353
1354
1355 /**
1356  * zs_malloc - Allocate block of given size from pool.
1357  * @pool: pool to allocate from
1358  * @size: size of block to allocate
1359  * @gfp: gfp flags when allocating object
1360  *
1361  * On success, handle to the allocated object is returned,
1362  * otherwise an ERR_PTR().
1363  * Allocation requests with size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE will fail.
1364  */
1365 unsigned long zs_malloc(struct zs_pool *pool, size_t size, gfp_t gfp)
1366 {
1367         unsigned long handle, obj;
1368         struct size_class *class;
1369         int newfg;
1370         struct zspage *zspage;
1371
1372         if (unlikely(!size || size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE))
1373                 return (unsigned long)ERR_PTR(-EINVAL);
1374
1375         handle = cache_alloc_handle(pool, gfp);
1376         if (!handle)
1377                 return (unsigned long)ERR_PTR(-ENOMEM);
1378
1379         /* extra space in chunk to keep the handle */
1380         size += ZS_HANDLE_SIZE;
1381         class = pool->size_class[get_size_class_index(size)];
1382
1383         /* pool->lock effectively protects the zpage migration */
1384         spin_lock(&pool->lock);
1385         zspage = find_get_zspage(class);
1386         if (likely(zspage)) {
1387                 obj = obj_malloc(pool, zspage, handle);
1388                 /* Now move the zspage to another fullness group, if required */
1389                 fix_fullness_group(class, zspage);
1390                 record_obj(handle, obj);
1391                 class_stat_inc(class, ZS_OBJS_INUSE, 1);
1392
1393                 goto out;
1394         }
1395
1396         spin_unlock(&pool->lock);
1397
1398         zspage = alloc_zspage(pool, class, gfp);
1399         if (!zspage) {
1400                 cache_free_handle(pool, handle);
1401                 return (unsigned long)ERR_PTR(-ENOMEM);
1402         }
1403
1404         spin_lock(&pool->lock);
1405         obj = obj_malloc(pool, zspage, handle);
1406         newfg = get_fullness_group(class, zspage);
1407         insert_zspage(class, zspage, newfg);
1408         set_zspage_mapping(zspage, class->index, newfg);
1409         record_obj(handle, obj);
1410         atomic_long_add(class->pages_per_zspage, &pool->pages_allocated);
1411         class_stat_inc(class, ZS_OBJS_ALLOCATED, class->objs_per_zspage);
1412         class_stat_inc(class, ZS_OBJS_INUSE, 1);
1413
1414         /* We completely set up zspage so mark them as movable */
1415         SetZsPageMovable(pool, zspage);
1416 out:
1417         spin_unlock(&pool->lock);
1418
1419         return handle;
1420 }
1421 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_malloc);
1422
1423 static void obj_free(int class_size, unsigned long obj)
1424 {
1425         struct link_free *link;
1426         struct zspage *zspage;
1427         struct page *f_page;
1428         unsigned long f_offset;
1429         unsigned int f_objidx;
1430         void *vaddr;
1431
1432         obj_to_location(obj, &f_page, &f_objidx);
1433         f_offset = offset_in_page(class_size * f_objidx);
1434         zspage = get_zspage(f_page);
1435
1436         vaddr = kmap_atomic(f_page);
1437         link = (struct link_free *)(vaddr + f_offset);
1438
1439         /* Insert this object in containing zspage's freelist */
1440         if (likely(!ZsHugePage(zspage)))
1441                 link->next = get_freeobj(zspage) << OBJ_TAG_BITS;
1442         else
1443                 f_page->index = 0;
1444         set_freeobj(zspage, f_objidx);
1445
1446         kunmap_atomic(vaddr);
1447         mod_zspage_inuse(zspage, -1);
1448 }
1449
1450 void zs_free(struct zs_pool *pool, unsigned long handle)
1451 {
1452         struct zspage *zspage;
1453         struct page *f_page;
1454         unsigned long obj;
1455         struct size_class *class;
1456         int fullness;
1457
1458         if (IS_ERR_OR_NULL((void *)handle))
1459                 return;
1460
1461         /*
1462          * The pool->lock protects the race with zpage's migration
1463          * so it's safe to get the page from handle.
1464          */
1465         spin_lock(&pool->lock);
1466         obj = handle_to_obj(handle);
1467         obj_to_page(obj, &f_page);
1468         zspage = get_zspage(f_page);
1469         class = zspage_class(pool, zspage);
1470
1471         class_stat_dec(class, ZS_OBJS_INUSE, 1);
1472         obj_free(class->size, obj);
1473
1474         fullness = fix_fullness_group(class, zspage);
1475         if (fullness == ZS_INUSE_RATIO_0)
1476                 free_zspage(pool, class, zspage);
1477
1478         spin_unlock(&pool->lock);
1479         cache_free_handle(pool, handle);
1480 }
1481 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_free);
1482
1483 static void zs_object_copy(struct size_class *class, unsigned long dst,
1484                                 unsigned long src)
1485 {
1486         struct page *s_page, *d_page;
1487         unsigned int s_objidx, d_objidx;
1488         unsigned long s_off, d_off;
1489         void *s_addr, *d_addr;
1490         int s_size, d_size, size;
1491         int written = 0;
1492
1493         s_size = d_size = class->size;
1494
1495         obj_to_location(src, &s_page, &s_objidx);
1496         obj_to_location(dst, &d_page, &d_objidx);
1497
1498         s_off = offset_in_page(class->size * s_objidx);
1499         d_off = offset_in_page(class->size * d_objidx);
1500
1501         if (s_off + class->size > PAGE_SIZE)
1502                 s_size = PAGE_SIZE - s_off;
1503
1504         if (d_off + class->size > PAGE_SIZE)
1505                 d_size = PAGE_SIZE - d_off;
1506
1507         s_addr = kmap_atomic(s_page);
1508         d_addr = kmap_atomic(d_page);
1509
1510         while (1) {
1511                 size = min(s_size, d_size);
1512                 memcpy(d_addr + d_off, s_addr + s_off, size);
1513                 written += size;
1514
1515                 if (written == class->size)
1516                         break;
1517
1518                 s_off += size;
1519                 s_size -= size;
1520                 d_off += size;
1521                 d_size -= size;
1522
1523                 /*
1524                  * Calling kunmap_atomic(d_addr) is necessary. kunmap_atomic()
1525                  * calls must occurs in reverse order of calls to kmap_atomic().
1526                  * So, to call kunmap_atomic(s_addr) we should first call
1527                  * kunmap_atomic(d_addr). For more details see
1528                  * Documentation/mm/highmem.rst.
1529                  */
1530                 if (s_off >= PAGE_SIZE) {
1531                         kunmap_atomic(d_addr);
1532                         kunmap_atomic(s_addr);
1533                         s_page = get_next_page(s_page);
1534                         s_addr = kmap_atomic(s_page);
1535                         d_addr = kmap_atomic(d_page);
1536                         s_size = class->size - written;
1537                         s_off = 0;
1538                 }
1539
1540                 if (d_off >= PAGE_SIZE) {
1541                         kunmap_atomic(d_addr);
1542                         d_page = get_next_page(d_page);
1543                         d_addr = kmap_atomic(d_page);
1544                         d_size = class->size - written;
1545                         d_off = 0;
1546                 }
1547         }
1548
1549         kunmap_atomic(d_addr);
1550         kunmap_atomic(s_addr);
1551 }
1552
1553 /*
1554  * Find object with a certain tag in zspage from index object and
1555  * return handle.
1556  */
1557 static unsigned long find_tagged_obj(struct size_class *class,
1558                                         struct page *page, int *obj_idx, int tag)
1559 {
1560         unsigned int offset;
1561         int index = *obj_idx;
1562         unsigned long handle = 0;
1563         void *addr = kmap_atomic(page);
1564
1565         offset = get_first_obj_offset(page);
1566         offset += class->size * index;
1567
1568         while (offset < PAGE_SIZE) {
1569                 if (obj_tagged(page, addr + offset, &handle, tag))
1570                         break;
1571
1572                 offset += class->size;
1573                 index++;
1574         }
1575
1576         kunmap_atomic(addr);
1577
1578         *obj_idx = index;
1579
1580         return handle;
1581 }
1582
1583 /*
1584  * Find alloced object in zspage from index object and
1585  * return handle.
1586  */
1587 static unsigned long find_alloced_obj(struct size_class *class,
1588                                         struct page *page, int *obj_idx)
1589 {
1590         return find_tagged_obj(class, page, obj_idx, OBJ_ALLOCATED_TAG);
1591 }
1592
1593 struct zs_compact_control {
1594         /* Source spage for migration which could be a subpage of zspage */
1595         struct page *s_page;
1596         /* Destination page for migration which should be a first page
1597          * of zspage. */
1598         struct page *d_page;
1599          /* Starting object index within @s_page which used for live object
1600           * in the subpage. */
1601         int obj_idx;
1602 };
1603
1604 static void migrate_zspage(struct zs_pool *pool, struct size_class *class,
1605                            struct zs_compact_control *cc)
1606 {
1607         unsigned long used_obj, free_obj;
1608         unsigned long handle;
1609         struct page *s_page = cc->s_page;
1610         struct page *d_page = cc->d_page;
1611         int obj_idx = cc->obj_idx;
1612
1613         while (1) {
1614                 handle = find_alloced_obj(class, s_page, &obj_idx);
1615                 if (!handle) {
1616                         s_page = get_next_page(s_page);
1617                         if (!s_page)
1618                                 break;
1619                         obj_idx = 0;
1620                         continue;
1621                 }
1622
1623                 used_obj = handle_to_obj(handle);
1624                 free_obj = obj_malloc(pool, get_zspage(d_page), handle);
1625                 zs_object_copy(class, free_obj, used_obj);
1626                 obj_idx++;
1627                 record_obj(handle, free_obj);
1628                 obj_free(class->size, used_obj);
1629
1630                 /* Stop if there is no more space */
1631                 if (zspage_full(class, get_zspage(d_page)))
1632                         break;
1633
1634                 /* Stop if there are no more objects to migrate */
1635                 if (zspage_empty(get_zspage(s_page)))
1636                         break;
1637         }
1638
1639         /* Remember last position in this iteration */
1640         cc->s_page = s_page;
1641         cc->obj_idx = obj_idx;
1642 }
1643
1644 static struct zspage *isolate_src_zspage(struct size_class *class)
1645 {
1646         struct zspage *zspage;
1647         int fg;
1648
1649         for (fg = ZS_INUSE_RATIO_10; fg <= ZS_INUSE_RATIO_99; fg++) {
1650                 zspage = list_first_entry_or_null(&class->fullness_list[fg],
1651                                                   struct zspage, list);
1652                 if (zspage) {
1653                         remove_zspage(class, zspage, fg);
1654                         return zspage;
1655                 }
1656         }
1657
1658         return zspage;
1659 }
1660
1661 static struct zspage *isolate_dst_zspage(struct size_class *class)
1662 {
1663         struct zspage *zspage;
1664         int fg;
1665
1666         for (fg = ZS_INUSE_RATIO_99; fg >= ZS_INUSE_RATIO_10; fg--) {
1667                 zspage = list_first_entry_or_null(&class->fullness_list[fg],
1668                                                   struct zspage, list);
1669                 if (zspage) {
1670                         remove_zspage(class, zspage, fg);
1671                         return zspage;
1672                 }
1673         }
1674
1675         return zspage;
1676 }
1677
1678 /*
1679  * putback_zspage - add @zspage into right class's fullness list
1680  * @class: destination class
1681  * @zspage: target page
1682  *
1683  * Return @zspage's fullness status
1684  */
1685 static int putback_zspage(struct size_class *class, struct zspage *zspage)
1686 {
1687         int fullness;
1688
1689         fullness = get_fullness_group(class, zspage);
1690         insert_zspage(class, zspage, fullness);
1691         set_zspage_mapping(zspage, class->index, fullness);
1692
1693         return fullness;
1694 }
1695
1696 #ifdef CONFIG_COMPACTION
1697 /*
1698  * To prevent zspage destroy during migration, zspage freeing should
1699  * hold locks of all pages in the zspage.
1700  */
1701 static void lock_zspage(struct zspage *zspage)
1702 {
1703         struct page *curr_page, *page;
1704
1705         /*
1706          * Pages we haven't locked yet can be migrated off the list while we're
1707          * trying to lock them, so we need to be careful and only attempt to
1708          * lock each page under migrate_read_lock(). Otherwise, the page we lock
1709          * may no longer belong to the zspage. This means that we may wait for
1710          * the wrong page to unlock, so we must take a reference to the page
1711          * prior to waiting for it to unlock outside migrate_read_lock().
1712          */
1713         while (1) {
1714                 migrate_read_lock(zspage);
1715                 page = get_first_page(zspage);
1716                 if (trylock_page(page))
1717                         break;
1718                 get_page(page);
1719                 migrate_read_unlock(zspage);
1720                 wait_on_page_locked(page);
1721                 put_page(page);
1722         }
1723
1724         curr_page = page;
1725         while ((page = get_next_page(curr_page))) {
1726                 if (trylock_page(page)) {
1727                         curr_page = page;
1728                 } else {
1729                         get_page(page);
1730                         migrate_read_unlock(zspage);
1731                         wait_on_page_locked(page);
1732                         put_page(page);
1733                         migrate_read_lock(zspage);
1734                 }
1735         }
1736         migrate_read_unlock(zspage);
1737 }
1738 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
1739
1740 static void migrate_lock_init(struct zspage *zspage)
1741 {
1742         rwlock_init(&zspage->lock);
1743 }
1744
1745 static void migrate_read_lock(struct zspage *zspage) __acquires(&zspage->lock)
1746 {
1747         read_lock(&zspage->lock);
1748 }
1749
1750 static void migrate_read_unlock(struct zspage *zspage) __releases(&zspage->lock)
1751 {
1752         read_unlock(&zspage->lock);
1753 }
1754
1755 #ifdef CONFIG_COMPACTION
1756 static void migrate_write_lock(struct zspage *zspage)
1757 {
1758         write_lock(&zspage->lock);
1759 }
1760
1761 static void migrate_write_lock_nested(struct zspage *zspage)
1762 {
1763         write_lock_nested(&zspage->lock, SINGLE_DEPTH_NESTING);
1764 }
1765
1766 static void migrate_write_unlock(struct zspage *zspage)
1767 {
1768         write_unlock(&zspage->lock);
1769 }
1770
1771 /* Number of isolated subpage for *page migration* in this zspage */
1772 static void inc_zspage_isolation(struct zspage *zspage)
1773 {
1774         zspage->isolated++;
1775 }
1776
1777 static void dec_zspage_isolation(struct zspage *zspage)
1778 {
1779         VM_BUG_ON(zspage->isolated == 0);
1780         zspage->isolated--;
1781 }
1782
1783 static const struct movable_operations zsmalloc_mops;
1784
1785 static void replace_sub_page(struct size_class *class, struct zspage *zspage,
1786                                 struct page *newpage, struct page *oldpage)
1787 {
1788         struct page *page;
1789         struct page *pages[ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE] = {NULL, };
1790         int idx = 0;
1791
1792         page = get_first_page(zspage);
1793         do {
1794                 if (page == oldpage)
1795                         pages[idx] = newpage;
1796                 else
1797                         pages[idx] = page;
1798                 idx++;
1799         } while ((page = get_next_page(page)) != NULL);
1800
1801         create_page_chain(class, zspage, pages);
1802         set_first_obj_offset(newpage, get_first_obj_offset(oldpage));
1803         if (unlikely(ZsHugePage(zspage)))
1804                 newpage->index = oldpage->index;
1805         __SetPageMovable(newpage, &zsmalloc_mops);
1806 }
1807
1808 static bool zs_page_isolate(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1809 {
1810         struct zspage *zspage;
1811
1812         /*
1813          * Page is locked so zspage couldn't be destroyed. For detail, look at
1814          * lock_zspage in free_zspage.
1815          */
1816         VM_BUG_ON_PAGE(PageIsolated(page), page);
1817
1818         zspage = get_zspage(page);
1819         migrate_write_lock(zspage);
1820         inc_zspage_isolation(zspage);
1821         migrate_write_unlock(zspage);
1822
1823         return true;
1824 }
1825
1826 static int zs_page_migrate(struct page *newpage, struct page *page,
1827                 enum migrate_mode mode)
1828 {
1829         struct zs_pool *pool;
1830         struct size_class *class;
1831         struct zspage *zspage;
1832         struct page *dummy;
1833         void *s_addr, *d_addr, *addr;
1834         unsigned int offset;
1835         unsigned long handle;
1836         unsigned long old_obj, new_obj;
1837         unsigned int obj_idx;
1838
1839         /*
1840          * We cannot support the _NO_COPY case here, because copy needs to
1841          * happen under the zs lock, which does not work with
1842          * MIGRATE_SYNC_NO_COPY workflow.
1843          */
1844         if (mode == MIGRATE_SYNC_NO_COPY)
1845                 return -EINVAL;
1846
1847         VM_BUG_ON_PAGE(!PageIsolated(page), page);
1848
1849         /* The page is locked, so this pointer must remain valid */
1850         zspage = get_zspage(page);
1851         pool = zspage->pool;
1852
1853         /*
1854          * The pool's lock protects the race between zpage migration
1855          * and zs_free.
1856          */
1857         spin_lock(&pool->lock);
1858         class = zspage_class(pool, zspage);
1859
1860         /* the migrate_write_lock protects zpage access via zs_map_object */
1861         migrate_write_lock(zspage);
1862
1863         offset = get_first_obj_offset(page);
1864         s_addr = kmap_atomic(page);
1865
1866         /*
1867          * Here, any user cannot access all objects in the zspage so let's move.
1868          */
1869         d_addr = kmap_atomic(newpage);
1870         memcpy(d_addr, s_addr, PAGE_SIZE);
1871         kunmap_atomic(d_addr);
1872
1873         for (addr = s_addr + offset; addr < s_addr + PAGE_SIZE;
1874                                         addr += class->size) {
1875                 if (obj_allocated(page, addr, &handle)) {
1876
1877                         old_obj = handle_to_obj(handle);
1878                         obj_to_location(old_obj, &dummy, &obj_idx);
1879                         new_obj = (unsigned long)location_to_obj(newpage,
1880                                                                 obj_idx);
1881                         record_obj(handle, new_obj);
1882                 }
1883         }
1884         kunmap_atomic(s_addr);
1885
1886         replace_sub_page(class, zspage, newpage, page);
1887         /*
1888          * Since we complete the data copy and set up new zspage structure,
1889          * it's okay to release the pool's lock.
1890          */
1891         spin_unlock(&pool->lock);
1892         dec_zspage_isolation(zspage);
1893         migrate_write_unlock(zspage);
1894
1895         get_page(newpage);
1896         if (page_zone(newpage) != page_zone(page)) {
1897                 dec_zone_page_state(page, NR_ZSPAGES);
1898                 inc_zone_page_state(newpage, NR_ZSPAGES);
1899         }
1900
1901         reset_page(page);
1902         put_page(page);
1903
1904         return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
1905 }
1906
1907 static void zs_page_putback(struct page *page)
1908 {
1909         struct zspage *zspage;
1910
1911         VM_BUG_ON_PAGE(!PageIsolated(page), page);
1912
1913         zspage = get_zspage(page);
1914         migrate_write_lock(zspage);
1915         dec_zspage_isolation(zspage);
1916         migrate_write_unlock(zspage);
1917 }
1918
1919 static const struct movable_operations zsmalloc_mops = {
1920         .isolate_page = zs_page_isolate,
1921         .migrate_page = zs_page_migrate,
1922         .putback_page = zs_page_putback,
1923 };
1924
1925 /*
1926  * Caller should hold page_lock of all pages in the zspage
1927  * In here, we cannot use zspage meta data.
1928  */
1929 static void async_free_zspage(struct work_struct *work)
1930 {
1931         int i;
1932         struct size_class *class;
1933         unsigned int class_idx;
1934         int fullness;
1935         struct zspage *zspage, *tmp;
1936         LIST_HEAD(free_pages);
1937         struct zs_pool *pool = container_of(work, struct zs_pool,
1938                                         free_work);
1939
1940         for (i = 0; i < ZS_SIZE_CLASSES; i++) {
1941                 class = pool->size_class[i];
1942                 if (class->index != i)
1943                         continue;
1944
1945                 spin_lock(&pool->lock);
1946                 list_splice_init(&class->fullness_list[ZS_INUSE_RATIO_0],
1947                                  &free_pages);
1948                 spin_unlock(&pool->lock);
1949         }
1950
1951         list_for_each_entry_safe(zspage, tmp, &free_pages, list) {
1952                 list_del(&zspage->list);
1953                 lock_zspage(zspage);
1954
1955                 get_zspage_mapping(zspage, &class_idx, &fullness);
1956                 VM_BUG_ON(fullness != ZS_INUSE_RATIO_0);
1957                 class = pool->size_class[class_idx];
1958                 spin_lock(&pool->lock);
1959                 __free_zspage(pool, class, zspage);
1960                 spin_unlock(&pool->lock);
1961         }
1962 };
1963
1964 static void kick_deferred_free(struct zs_pool *pool)
1965 {
1966         schedule_work(&pool->free_work);
1967 }
1968
1969 static void zs_flush_migration(struct zs_pool *pool)
1970 {
1971         flush_work(&pool->free_work);
1972 }
1973
1974 static void init_deferred_free(struct zs_pool *pool)
1975 {
1976         INIT_WORK(&pool->free_work, async_free_zspage);
1977 }
1978
1979 static void SetZsPageMovable(struct zs_pool *pool, struct zspage *zspage)
1980 {
1981         struct page *page = get_first_page(zspage);
1982
1983         do {
1984                 WARN_ON(!trylock_page(page));
1985                 __SetPageMovable(page, &zsmalloc_mops);
1986                 unlock_page(page);
1987         } while ((page = get_next_page(page)) != NULL);
1988 }
1989 #else
1990 static inline void zs_flush_migration(struct zs_pool *pool) { }
1991 #endif
1992
1993 /*
1994  *
1995  * Based on the number of unused allocated objects calculate
1996  * and return the number of pages that we can free.
1997  */
1998 static unsigned long zs_can_compact(struct size_class *class)
1999 {
2000         unsigned long obj_wasted;
2001         unsigned long obj_allocated = zs_stat_get(class, ZS_OBJS_ALLOCATED);
2002         unsigned long obj_used = zs_stat_get(class, ZS_OBJS_INUSE);
2003
2004         if (obj_allocated <= obj_used)
2005                 return 0;
2006
2007         obj_wasted = obj_allocated - obj_used;
2008         obj_wasted /= class->objs_per_zspage;
2009
2010         return obj_wasted * class->pages_per_zspage;
2011 }
2012
2013 static unsigned long __zs_compact(struct zs_pool *pool,
2014                                   struct size_class *class)
2015 {
2016         struct zs_compact_control cc;
2017         struct zspage *src_zspage = NULL;
2018         struct zspage *dst_zspage = NULL;
2019         unsigned long pages_freed = 0;
2020
2021         /*
2022          * protect the race between zpage migration and zs_free
2023          * as well as zpage allocation/free
2024          */
2025         spin_lock(&pool->lock);
2026         while (zs_can_compact(class)) {
2027                 int fg;
2028
2029                 if (!dst_zspage) {
2030                         dst_zspage = isolate_dst_zspage(class);
2031                         if (!dst_zspage)
2032                                 break;
2033                         migrate_write_lock(dst_zspage);
2034                         cc.d_page = get_first_page(dst_zspage);
2035                 }
2036
2037                 src_zspage = isolate_src_zspage(class);
2038                 if (!src_zspage)
2039                         break;
2040
2041                 migrate_write_lock_nested(src_zspage);
2042
2043                 cc.obj_idx = 0;
2044                 cc.s_page = get_first_page(src_zspage);
2045                 migrate_zspage(pool, class, &cc);
2046                 fg = putback_zspage(class, src_zspage);
2047                 migrate_write_unlock(src_zspage);
2048
2049                 if (fg == ZS_INUSE_RATIO_0) {
2050                         free_zspage(pool, class, src_zspage);
2051                         pages_freed += class->pages_per_zspage;
2052                 }
2053                 src_zspage = NULL;
2054
2055                 if (get_fullness_group(class, dst_zspage) == ZS_INUSE_RATIO_100
2056                     || spin_is_contended(&pool->lock)) {
2057                         putback_zspage(class, dst_zspage);
2058                         migrate_write_unlock(dst_zspage);
2059                         dst_zspage = NULL;
2060
2061                         spin_unlock(&pool->lock);
2062                         cond_resched();
2063                         spin_lock(&pool->lock);
2064                 }
2065         }
2066
2067         if (src_zspage) {
2068                 putback_zspage(class, src_zspage);
2069                 migrate_write_unlock(src_zspage);
2070         }
2071
2072         if (dst_zspage) {
2073                 putback_zspage(class, dst_zspage);
2074                 migrate_write_unlock(dst_zspage);
2075         }
2076         spin_unlock(&pool->lock);
2077
2078         return pages_freed;
2079 }
2080
2081 unsigned long zs_compact(struct zs_pool *pool)
2082 {
2083         int i;
2084         struct size_class *class;
2085         unsigned long pages_freed = 0;
2086
2087         /*
2088          * Pool compaction is performed under pool->lock so it is basically
2089          * single-threaded. Having more than one thread in __zs_compact()
2090          * will increase pool->lock contention, which will impact other
2091          * zsmalloc operations that need pool->lock.
2092          */
2093         if (atomic_xchg(&pool->compaction_in_progress, 1))
2094                 return 0;
2095
2096         for (i = ZS_SIZE_CLASSES - 1; i >= 0; i--) {
2097                 class = pool->size_class[i];
2098                 if (class->index != i)
2099                         continue;
2100                 pages_freed += __zs_compact(pool, class);
2101         }
2102         atomic_long_add(pages_freed, &pool->stats.pages_compacted);
2103         atomic_set(&pool->compaction_in_progress, 0);
2104
2105         return pages_freed;
2106 }
2107 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_compact);
2108
2109 void zs_pool_stats(struct zs_pool *pool, struct zs_pool_stats *stats)
2110 {
2111         memcpy(stats, &pool->stats, sizeof(struct zs_pool_stats));
2112 }
2113 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_pool_stats);
2114
2115 static unsigned long zs_shrinker_scan(struct shrinker *shrinker,
2116                 struct shrink_control *sc)
2117 {
2118         unsigned long pages_freed;
2119         struct zs_pool *pool = container_of(shrinker, struct zs_pool,
2120                         shrinker);
2121
2122         /*
2123          * Compact classes and calculate compaction delta.
2124          * Can run concurrently with a manually triggered
2125          * (by user) compaction.
2126          */
2127         pages_freed = zs_compact(pool);
2128
2129         return pages_freed ? pages_freed : SHRINK_STOP;
2130 }
2131
2132 static unsigned long zs_shrinker_count(struct shrinker *shrinker,
2133                 struct shrink_control *sc)
2134 {
2135         int i;
2136         struct size_class *class;
2137         unsigned long pages_to_free = 0;
2138         struct zs_pool *pool = container_of(shrinker, struct zs_pool,
2139                         shrinker);
2140
2141         for (i = ZS_SIZE_CLASSES - 1; i >= 0; i--) {
2142                 class = pool->size_class[i];
2143                 if (class->index != i)
2144                         continue;
2145
2146                 pages_to_free += zs_can_compact(class);
2147         }
2148
2149         return pages_to_free;
2150 }
2151
2152 static void zs_unregister_shrinker(struct zs_pool *pool)
2153 {
2154         unregister_shrinker(&pool->shrinker);
2155 }
2156
2157 static int zs_register_shrinker(struct zs_pool *pool)
2158 {
2159         pool->shrinker.scan_objects = zs_shrinker_scan;
2160         pool->shrinker.count_objects = zs_shrinker_count;
2161         pool->shrinker.batch = 0;
2162         pool->shrinker.seeks = DEFAULT_SEEKS;
2163
2164         return register_shrinker(&pool->shrinker, "mm-zspool:%s",
2165                                  pool->name);
2166 }
2167
2168 static int calculate_zspage_chain_size(int class_size)
2169 {
2170         int i, min_waste = INT_MAX;
2171         int chain_size = 1;
2172
2173         if (is_power_of_2(class_size))
2174                 return chain_size;
2175
2176         for (i = 1; i <= ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE; i++) {
2177                 int waste;
2178
2179                 waste = (i * PAGE_SIZE) % class_size;
2180                 if (waste < min_waste) {
2181                         min_waste = waste;
2182                         chain_size = i;
2183                 }
2184         }
2185
2186         return chain_size;
2187 }
2188
2189 /**
2190  * zs_create_pool - Creates an allocation pool to work from.
2191  * @name: pool name to be created
2192  *
2193  * This function must be called before anything when using
2194  * the zsmalloc allocator.
2195  *
2196  * On success, a pointer to the newly created pool is returned,
2197  * otherwise NULL.
2198  */
2199 struct zs_pool *zs_create_pool(const char *name)
2200 {
2201         int i;
2202         struct zs_pool *pool;
2203         struct size_class *prev_class = NULL;
2204
2205         pool = kzalloc(sizeof(*pool), GFP_KERNEL);
2206         if (!pool)
2207                 return NULL;
2208
2209         init_deferred_free(pool);
2210         spin_lock_init(&pool->lock);
2211         atomic_set(&pool->compaction_in_progress, 0);
2212
2213         pool->name = kstrdup(name, GFP_KERNEL);
2214         if (!pool->name)
2215                 goto err;
2216
2217         if (create_cache(pool))
2218                 goto err;
2219
2220         /*
2221          * Iterate reversely, because, size of size_class that we want to use
2222          * for merging should be larger or equal to current size.
2223          */
2224         for (i = ZS_SIZE_CLASSES - 1; i >= 0; i--) {
2225                 int size;
2226                 int pages_per_zspage;
2227                 int objs_per_zspage;
2228                 struct size_class *class;
2229                 int fullness;
2230
2231                 size = ZS_MIN_ALLOC_SIZE + i * ZS_SIZE_CLASS_DELTA;
2232                 if (size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE)
2233                         size = ZS_MAX_ALLOC_SIZE;
2234                 pages_per_zspage = calculate_zspage_chain_size(size);
2235                 objs_per_zspage = pages_per_zspage * PAGE_SIZE / size;
2236
2237                 /*
2238                  * We iterate from biggest down to smallest classes,
2239                  * so huge_class_size holds the size of the first huge
2240                  * class. Any object bigger than or equal to that will
2241                  * endup in the huge class.
2242                  */
2243                 if (pages_per_zspage != 1 && objs_per_zspage != 1 &&
2244                                 !huge_class_size) {
2245                         huge_class_size = size;
2246                         /*
2247                          * The object uses ZS_HANDLE_SIZE bytes to store the
2248                          * handle. We need to subtract it, because zs_malloc()
2249                          * unconditionally adds handle size before it performs
2250                          * size class search - so object may be smaller than
2251                          * huge class size, yet it still can end up in the huge
2252                          * class because it grows by ZS_HANDLE_SIZE extra bytes
2253                          * right before class lookup.
2254                          */
2255                         huge_class_size -= (ZS_HANDLE_SIZE - 1);
2256                 }
2257
2258                 /*
2259                  * size_class is used for normal zsmalloc operation such
2260                  * as alloc/free for that size. Although it is natural that we
2261                  * have one size_class for each size, there is a chance that we
2262                  * can get more memory utilization if we use one size_class for
2263                  * many different sizes whose size_class have same
2264                  * characteristics. So, we makes size_class point to
2265                  * previous size_class if possible.
2266                  */
2267                 if (prev_class) {
2268                         if (can_merge(prev_class, pages_per_zspage, objs_per_zspage)) {
2269                                 pool->size_class[i] = prev_class;
2270                                 continue;
2271                         }
2272                 }
2273
2274                 class = kzalloc(sizeof(struct size_class), GFP_KERNEL);
2275                 if (!class)
2276                         goto err;
2277
2278                 class->size = size;
2279                 class->index = i;
2280                 class->pages_per_zspage = pages_per_zspage;
2281                 class->objs_per_zspage = objs_per_zspage;
2282                 pool->size_class[i] = class;
2283
2284                 fullness = ZS_INUSE_RATIO_0;
2285                 while (fullness < NR_FULLNESS_GROUPS) {
2286                         INIT_LIST_HEAD(&class->fullness_list[fullness]);
2287                         fullness++;
2288                 }
2289
2290                 prev_class = class;
2291         }
2292
2293         /* debug only, don't abort if it fails */
2294         zs_pool_stat_create(pool, name);
2295
2296         /*
2297          * Not critical since shrinker is only used to trigger internal
2298          * defragmentation of the pool which is pretty optional thing.  If
2299          * registration fails we still can use the pool normally and user can
2300          * trigger compaction manually. Thus, ignore return code.
2301          */
2302         zs_register_shrinker(pool);
2303
2304         return pool;
2305
2306 err:
2307         zs_destroy_pool(pool);
2308         return NULL;
2309 }
2310 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_create_pool);
2311
2312 void zs_destroy_pool(struct zs_pool *pool)
2313 {
2314         int i;
2315
2316         zs_unregister_shrinker(pool);
2317         zs_flush_migration(pool);
2318         zs_pool_stat_destroy(pool);
2319
2320         for (i = 0; i < ZS_SIZE_CLASSES; i++) {
2321                 int fg;
2322                 struct size_class *class = pool->size_class[i];
2323
2324                 if (!class)
2325                         continue;
2326
2327                 if (class->index != i)
2328                         continue;
2329
2330                 for (fg = ZS_INUSE_RATIO_0; fg < NR_FULLNESS_GROUPS; fg++) {
2331                         if (list_empty(&class->fullness_list[fg]))
2332                                 continue;
2333
2334                         pr_err("Class-%d fullness group %d is not empty\n",
2335                                class->size, fg);
2336                 }
2337                 kfree(class);
2338         }
2339
2340         destroy_cache(pool);
2341         kfree(pool->name);
2342         kfree(pool);
2343 }
2344 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_destroy_pool);
2345
2346 static int __init zs_init(void)
2347 {
2348         int ret;
2349
2350         ret = cpuhp_setup_state(CPUHP_MM_ZS_PREPARE, "mm/zsmalloc:prepare",
2351                                 zs_cpu_prepare, zs_cpu_dead);
2352         if (ret)
2353                 goto out;
2354
2355 #ifdef CONFIG_ZPOOL
2356         zpool_register_driver(&zs_zpool_driver);
2357 #endif
2358
2359         zs_stat_init();
2360
2361         return 0;
2362
2363 out:
2364         return ret;
2365 }
2366
2367 static void __exit zs_exit(void)
2368 {
2369 #ifdef CONFIG_ZPOOL
2370         zpool_unregister_driver(&zs_zpool_driver);
2371 #endif
2372         cpuhp_remove_state(CPUHP_MM_ZS_PREPARE);
2373
2374         zs_stat_exit();
2375 }
2376
2377 module_init(zs_init);
2378 module_exit(zs_exit);
2379
2380 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
2381 MODULE_AUTHOR("Nitin Gupta <ngupta@vflare.org>");