Add the rt linux 4.1.3-rt3 as base
[kvmfornfv.git] / kernel / lib / idr.c
1 /*
2  * 2002-10-18  written by Jim Houston jim.houston@ccur.com
3  *      Copyright (C) 2002 by Concurrent Computer Corporation
4  *      Distributed under the GNU GPL license version 2.
5  *
6  * Modified by George Anzinger to reuse immediately and to use
7  * find bit instructions.  Also removed _irq on spinlocks.
8  *
9  * Modified by Nadia Derbey to make it RCU safe.
10  *
11  * Small id to pointer translation service.
12  *
13  * It uses a radix tree like structure as a sparse array indexed
14  * by the id to obtain the pointer.  The bitmap makes allocating
15  * a new id quick.
16  *
17  * You call it to allocate an id (an int) an associate with that id a
18  * pointer or what ever, we treat it as a (void *).  You can pass this
19  * id to a user for him to pass back at a later time.  You then pass
20  * that id to this code and it returns your pointer.
21  */
22
23 #ifndef TEST                        // to test in user space...
24 #include <linux/slab.h>
25 #include <linux/init.h>
26 #include <linux/export.h>
27 #endif
28 #include <linux/err.h>
29 #include <linux/string.h>
30 #include <linux/idr.h>
31 #include <linux/spinlock.h>
32 #include <linux/percpu.h>
33 #include <linux/locallock.h>
34
35 #define MAX_IDR_SHIFT           (sizeof(int) * 8 - 1)
36 #define MAX_IDR_BIT             (1U << MAX_IDR_SHIFT)
37
38 /* Leave the possibility of an incomplete final layer */
39 #define MAX_IDR_LEVEL ((MAX_IDR_SHIFT + IDR_BITS - 1) / IDR_BITS)
40
41 /* Number of id_layer structs to leave in free list */
42 #define MAX_IDR_FREE (MAX_IDR_LEVEL * 2)
43
44 static struct kmem_cache *idr_layer_cache;
45 static DEFINE_PER_CPU(struct idr_layer *, idr_preload_head);
46 static DEFINE_PER_CPU(int, idr_preload_cnt);
47 static DEFINE_SPINLOCK(simple_ida_lock);
48
49 /* the maximum ID which can be allocated given idr->layers */
50 static int idr_max(int layers)
51 {
52         int bits = min_t(int, layers * IDR_BITS, MAX_IDR_SHIFT);
53
54         return (1 << bits) - 1;
55 }
56
57 /*
58  * Prefix mask for an idr_layer at @layer.  For layer 0, the prefix mask is
59  * all bits except for the lower IDR_BITS.  For layer 1, 2 * IDR_BITS, and
60  * so on.
61  */
62 static int idr_layer_prefix_mask(int layer)
63 {
64         return ~idr_max(layer + 1);
65 }
66
67 static struct idr_layer *get_from_free_list(struct idr *idp)
68 {
69         struct idr_layer *p;
70         unsigned long flags;
71
72         spin_lock_irqsave(&idp->lock, flags);
73         if ((p = idp->id_free)) {
74                 idp->id_free = p->ary[0];
75                 idp->id_free_cnt--;
76                 p->ary[0] = NULL;
77         }
78         spin_unlock_irqrestore(&idp->lock, flags);
79         return(p);
80 }
81
82 /**
83  * idr_layer_alloc - allocate a new idr_layer
84  * @gfp_mask: allocation mask
85  * @layer_idr: optional idr to allocate from
86  *
87  * If @layer_idr is %NULL, directly allocate one using @gfp_mask or fetch
88  * one from the per-cpu preload buffer.  If @layer_idr is not %NULL, fetch
89  * an idr_layer from @idr->id_free.
90  *
91  * @layer_idr is to maintain backward compatibility with the old alloc
92  * interface - idr_pre_get() and idr_get_new*() - and will be removed
93  * together with per-pool preload buffer.
94  */
95 static struct idr_layer *idr_layer_alloc(gfp_t gfp_mask, struct idr *layer_idr)
96 {
97         struct idr_layer *new;
98
99         /* this is the old path, bypass to get_from_free_list() */
100         if (layer_idr)
101                 return get_from_free_list(layer_idr);
102
103         /*
104          * Try to allocate directly from kmem_cache.  We want to try this
105          * before preload buffer; otherwise, non-preloading idr_alloc()
106          * users will end up taking advantage of preloading ones.  As the
107          * following is allowed to fail for preloaded cases, suppress
108          * warning this time.
109          */
110         new = kmem_cache_zalloc(idr_layer_cache, gfp_mask | __GFP_NOWARN);
111         if (new)
112                 return new;
113
114         /*
115          * Try to fetch one from the per-cpu preload buffer if in process
116          * context.  See idr_preload() for details.
117          */
118         if (!in_interrupt()) {
119                 preempt_disable();
120                 new = __this_cpu_read(idr_preload_head);
121                 if (new) {
122                         __this_cpu_write(idr_preload_head, new->ary[0]);
123                         __this_cpu_dec(idr_preload_cnt);
124                         new->ary[0] = NULL;
125                 }
126                 preempt_enable();
127                 if (new)
128                         return new;
129         }
130
131         /*
132          * Both failed.  Try kmem_cache again w/o adding __GFP_NOWARN so
133          * that memory allocation failure warning is printed as intended.
134          */
135         return kmem_cache_zalloc(idr_layer_cache, gfp_mask);
136 }
137
138 static void idr_layer_rcu_free(struct rcu_head *head)
139 {
140         struct idr_layer *layer;
141
142         layer = container_of(head, struct idr_layer, rcu_head);
143         kmem_cache_free(idr_layer_cache, layer);
144 }
145
146 static inline void free_layer(struct idr *idr, struct idr_layer *p)
147 {
148         if (idr->hint == p)
149                 RCU_INIT_POINTER(idr->hint, NULL);
150         call_rcu(&p->rcu_head, idr_layer_rcu_free);
151 }
152
153 /* only called when idp->lock is held */
154 static void __move_to_free_list(struct idr *idp, struct idr_layer *p)
155 {
156         p->ary[0] = idp->id_free;
157         idp->id_free = p;
158         idp->id_free_cnt++;
159 }
160
161 static void move_to_free_list(struct idr *idp, struct idr_layer *p)
162 {
163         unsigned long flags;
164
165         /*
166          * Depends on the return element being zeroed.
167          */
168         spin_lock_irqsave(&idp->lock, flags);
169         __move_to_free_list(idp, p);
170         spin_unlock_irqrestore(&idp->lock, flags);
171 }
172
173 static void idr_mark_full(struct idr_layer **pa, int id)
174 {
175         struct idr_layer *p = pa[0];
176         int l = 0;
177
178         __set_bit(id & IDR_MASK, p->bitmap);
179         /*
180          * If this layer is full mark the bit in the layer above to
181          * show that this part of the radix tree is full.  This may
182          * complete the layer above and require walking up the radix
183          * tree.
184          */
185         while (bitmap_full(p->bitmap, IDR_SIZE)) {
186                 if (!(p = pa[++l]))
187                         break;
188                 id = id >> IDR_BITS;
189                 __set_bit((id & IDR_MASK), p->bitmap);
190         }
191 }
192
193 static int __idr_pre_get(struct idr *idp, gfp_t gfp_mask)
194 {
195         while (idp->id_free_cnt < MAX_IDR_FREE) {
196                 struct idr_layer *new;
197                 new = kmem_cache_zalloc(idr_layer_cache, gfp_mask);
198                 if (new == NULL)
199                         return (0);
200                 move_to_free_list(idp, new);
201         }
202         return 1;
203 }
204
205 /**
206  * sub_alloc - try to allocate an id without growing the tree depth
207  * @idp: idr handle
208  * @starting_id: id to start search at
209  * @pa: idr_layer[MAX_IDR_LEVEL] used as backtrack buffer
210  * @gfp_mask: allocation mask for idr_layer_alloc()
211  * @layer_idr: optional idr passed to idr_layer_alloc()
212  *
213  * Allocate an id in range [@starting_id, INT_MAX] from @idp without
214  * growing its depth.  Returns
215  *
216  *  the allocated id >= 0 if successful,
217  *  -EAGAIN if the tree needs to grow for allocation to succeed,
218  *  -ENOSPC if the id space is exhausted,
219  *  -ENOMEM if more idr_layers need to be allocated.
220  */
221 static int sub_alloc(struct idr *idp, int *starting_id, struct idr_layer **pa,
222                      gfp_t gfp_mask, struct idr *layer_idr)
223 {
224         int n, m, sh;
225         struct idr_layer *p, *new;
226         int l, id, oid;
227
228         id = *starting_id;
229  restart:
230         p = idp->top;
231         l = idp->layers;
232         pa[l--] = NULL;
233         while (1) {
234                 /*
235                  * We run around this while until we reach the leaf node...
236                  */
237                 n = (id >> (IDR_BITS*l)) & IDR_MASK;
238                 m = find_next_zero_bit(p->bitmap, IDR_SIZE, n);
239                 if (m == IDR_SIZE) {
240                         /* no space available go back to previous layer. */
241                         l++;
242                         oid = id;
243                         id = (id | ((1 << (IDR_BITS * l)) - 1)) + 1;
244
245                         /* if already at the top layer, we need to grow */
246                         if (id > idr_max(idp->layers)) {
247                                 *starting_id = id;
248                                 return -EAGAIN;
249                         }
250                         p = pa[l];
251                         BUG_ON(!p);
252
253                         /* If we need to go up one layer, continue the
254                          * loop; otherwise, restart from the top.
255                          */
256                         sh = IDR_BITS * (l + 1);
257                         if (oid >> sh == id >> sh)
258                                 continue;
259                         else
260                                 goto restart;
261                 }
262                 if (m != n) {
263                         sh = IDR_BITS*l;
264                         id = ((id >> sh) ^ n ^ m) << sh;
265                 }
266                 if ((id >= MAX_IDR_BIT) || (id < 0))
267                         return -ENOSPC;
268                 if (l == 0)
269                         break;
270                 /*
271                  * Create the layer below if it is missing.
272                  */
273                 if (!p->ary[m]) {
274                         new = idr_layer_alloc(gfp_mask, layer_idr);
275                         if (!new)
276                                 return -ENOMEM;
277                         new->layer = l-1;
278                         new->prefix = id & idr_layer_prefix_mask(new->layer);
279                         rcu_assign_pointer(p->ary[m], new);
280                         p->count++;
281                 }
282                 pa[l--] = p;
283                 p = p->ary[m];
284         }
285
286         pa[l] = p;
287         return id;
288 }
289
290 static int idr_get_empty_slot(struct idr *idp, int starting_id,
291                               struct idr_layer **pa, gfp_t gfp_mask,
292                               struct idr *layer_idr)
293 {
294         struct idr_layer *p, *new;
295         int layers, v, id;
296         unsigned long flags;
297
298         id = starting_id;
299 build_up:
300         p = idp->top;
301         layers = idp->layers;
302         if (unlikely(!p)) {
303                 if (!(p = idr_layer_alloc(gfp_mask, layer_idr)))
304                         return -ENOMEM;
305                 p->layer = 0;
306                 layers = 1;
307         }
308         /*
309          * Add a new layer to the top of the tree if the requested
310          * id is larger than the currently allocated space.
311          */
312         while (id > idr_max(layers)) {
313                 layers++;
314                 if (!p->count) {
315                         /* special case: if the tree is currently empty,
316                          * then we grow the tree by moving the top node
317                          * upwards.
318                          */
319                         p->layer++;
320                         WARN_ON_ONCE(p->prefix);
321                         continue;
322                 }
323                 if (!(new = idr_layer_alloc(gfp_mask, layer_idr))) {
324                         /*
325                          * The allocation failed.  If we built part of
326                          * the structure tear it down.
327                          */
328                         spin_lock_irqsave(&idp->lock, flags);
329                         for (new = p; p && p != idp->top; new = p) {
330                                 p = p->ary[0];
331                                 new->ary[0] = NULL;
332                                 new->count = 0;
333                                 bitmap_clear(new->bitmap, 0, IDR_SIZE);
334                                 __move_to_free_list(idp, new);
335                         }
336                         spin_unlock_irqrestore(&idp->lock, flags);
337                         return -ENOMEM;
338                 }
339                 new->ary[0] = p;
340                 new->count = 1;
341                 new->layer = layers-1;
342                 new->prefix = id & idr_layer_prefix_mask(new->layer);
343                 if (bitmap_full(p->bitmap, IDR_SIZE))
344                         __set_bit(0, new->bitmap);
345                 p = new;
346         }
347         rcu_assign_pointer(idp->top, p);
348         idp->layers = layers;
349         v = sub_alloc(idp, &id, pa, gfp_mask, layer_idr);
350         if (v == -EAGAIN)
351                 goto build_up;
352         return(v);
353 }
354
355 /*
356  * @id and @pa are from a successful allocation from idr_get_empty_slot().
357  * Install the user pointer @ptr and mark the slot full.
358  */
359 static void idr_fill_slot(struct idr *idr, void *ptr, int id,
360                           struct idr_layer **pa)
361 {
362         /* update hint used for lookup, cleared from free_layer() */
363         rcu_assign_pointer(idr->hint, pa[0]);
364
365         rcu_assign_pointer(pa[0]->ary[id & IDR_MASK], (struct idr_layer *)ptr);
366         pa[0]->count++;
367         idr_mark_full(pa, id);
368 }
369
370 #ifdef CONFIG_PREEMPT_RT_FULL
371 static DEFINE_LOCAL_IRQ_LOCK(idr_lock);
372
373 static inline void idr_preload_lock(void)
374 {
375         local_lock(idr_lock);
376 }
377
378 static inline void idr_preload_unlock(void)
379 {
380         local_unlock(idr_lock);
381 }
382
383 void idr_preload_end(void)
384 {
385         idr_preload_unlock();
386 }
387 EXPORT_SYMBOL(idr_preload_end);
388 #else
389 static inline void idr_preload_lock(void)
390 {
391         preempt_disable();
392 }
393
394 static inline void idr_preload_unlock(void)
395 {
396         preempt_enable();
397 }
398 #endif
399
400 /**
401  * idr_preload - preload for idr_alloc()
402  * @gfp_mask: allocation mask to use for preloading
403  *
404  * Preload per-cpu layer buffer for idr_alloc().  Can only be used from
405  * process context and each idr_preload() invocation should be matched with
406  * idr_preload_end().  Note that preemption is disabled while preloaded.
407  *
408  * The first idr_alloc() in the preloaded section can be treated as if it
409  * were invoked with @gfp_mask used for preloading.  This allows using more
410  * permissive allocation masks for idrs protected by spinlocks.
411  *
412  * For example, if idr_alloc() below fails, the failure can be treated as
413  * if idr_alloc() were called with GFP_KERNEL rather than GFP_NOWAIT.
414  *
415  *      idr_preload(GFP_KERNEL);
416  *      spin_lock(lock);
417  *
418  *      id = idr_alloc(idr, ptr, start, end, GFP_NOWAIT);
419  *
420  *      spin_unlock(lock);
421  *      idr_preload_end();
422  *      if (id < 0)
423  *              error;
424  */
425 void idr_preload(gfp_t gfp_mask)
426 {
427         /*
428          * Consuming preload buffer from non-process context breaks preload
429          * allocation guarantee.  Disallow usage from those contexts.
430          */
431         WARN_ON_ONCE(in_interrupt());
432         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
433
434         idr_preload_lock();
435
436         /*
437          * idr_alloc() is likely to succeed w/o full idr_layer buffer and
438          * return value from idr_alloc() needs to be checked for failure
439          * anyway.  Silently give up if allocation fails.  The caller can
440          * treat failures from idr_alloc() as if idr_alloc() were called
441          * with @gfp_mask which should be enough.
442          */
443         while (__this_cpu_read(idr_preload_cnt) < MAX_IDR_FREE) {
444                 struct idr_layer *new;
445
446                 idr_preload_unlock();
447                 new = kmem_cache_zalloc(idr_layer_cache, gfp_mask);
448                 idr_preload_lock();
449                 if (!new)
450                         break;
451
452                 /* link the new one to per-cpu preload list */
453                 new->ary[0] = __this_cpu_read(idr_preload_head);
454                 __this_cpu_write(idr_preload_head, new);
455                 __this_cpu_inc(idr_preload_cnt);
456         }
457 }
458 EXPORT_SYMBOL(idr_preload);
459
460 /**
461  * idr_alloc - allocate new idr entry
462  * @idr: the (initialized) idr
463  * @ptr: pointer to be associated with the new id
464  * @start: the minimum id (inclusive)
465  * @end: the maximum id (exclusive, <= 0 for max)
466  * @gfp_mask: memory allocation flags
467  *
468  * Allocate an id in [start, end) and associate it with @ptr.  If no ID is
469  * available in the specified range, returns -ENOSPC.  On memory allocation
470  * failure, returns -ENOMEM.
471  *
472  * Note that @end is treated as max when <= 0.  This is to always allow
473  * using @start + N as @end as long as N is inside integer range.
474  *
475  * The user is responsible for exclusively synchronizing all operations
476  * which may modify @idr.  However, read-only accesses such as idr_find()
477  * or iteration can be performed under RCU read lock provided the user
478  * destroys @ptr in RCU-safe way after removal from idr.
479  */
480 int idr_alloc(struct idr *idr, void *ptr, int start, int end, gfp_t gfp_mask)
481 {
482         int max = end > 0 ? end - 1 : INT_MAX;  /* inclusive upper limit */
483         struct idr_layer *pa[MAX_IDR_LEVEL + 1];
484         int id;
485
486         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
487
488         /* sanity checks */
489         if (WARN_ON_ONCE(start < 0))
490                 return -EINVAL;
491         if (unlikely(max < start))
492                 return -ENOSPC;
493
494         /* allocate id */
495         id = idr_get_empty_slot(idr, start, pa, gfp_mask, NULL);
496         if (unlikely(id < 0))
497                 return id;
498         if (unlikely(id > max))
499                 return -ENOSPC;
500
501         idr_fill_slot(idr, ptr, id, pa);
502         return id;
503 }
504 EXPORT_SYMBOL_GPL(idr_alloc);
505
506 /**
507  * idr_alloc_cyclic - allocate new idr entry in a cyclical fashion
508  * @idr: the (initialized) idr
509  * @ptr: pointer to be associated with the new id
510  * @start: the minimum id (inclusive)
511  * @end: the maximum id (exclusive, <= 0 for max)
512  * @gfp_mask: memory allocation flags
513  *
514  * Essentially the same as idr_alloc, but prefers to allocate progressively
515  * higher ids if it can. If the "cur" counter wraps, then it will start again
516  * at the "start" end of the range and allocate one that has already been used.
517  */
518 int idr_alloc_cyclic(struct idr *idr, void *ptr, int start, int end,
519                         gfp_t gfp_mask)
520 {
521         int id;
522
523         id = idr_alloc(idr, ptr, max(start, idr->cur), end, gfp_mask);
524         if (id == -ENOSPC)
525                 id = idr_alloc(idr, ptr, start, end, gfp_mask);
526
527         if (likely(id >= 0))
528                 idr->cur = id + 1;
529         return id;
530 }
531 EXPORT_SYMBOL(idr_alloc_cyclic);
532
533 static void idr_remove_warning(int id)
534 {
535         WARN(1, "idr_remove called for id=%d which is not allocated.\n", id);
536 }
537
538 static void sub_remove(struct idr *idp, int shift, int id)
539 {
540         struct idr_layer *p = idp->top;
541         struct idr_layer **pa[MAX_IDR_LEVEL + 1];
542         struct idr_layer ***paa = &pa[0];
543         struct idr_layer *to_free;
544         int n;
545
546         *paa = NULL;
547         *++paa = &idp->top;
548
549         while ((shift > 0) && p) {
550                 n = (id >> shift) & IDR_MASK;
551                 __clear_bit(n, p->bitmap);
552                 *++paa = &p->ary[n];
553                 p = p->ary[n];
554                 shift -= IDR_BITS;
555         }
556         n = id & IDR_MASK;
557         if (likely(p != NULL && test_bit(n, p->bitmap))) {
558                 __clear_bit(n, p->bitmap);
559                 RCU_INIT_POINTER(p->ary[n], NULL);
560                 to_free = NULL;
561                 while(*paa && ! --((**paa)->count)){
562                         if (to_free)
563                                 free_layer(idp, to_free);
564                         to_free = **paa;
565                         **paa-- = NULL;
566                 }
567                 if (!*paa)
568                         idp->layers = 0;
569                 if (to_free)
570                         free_layer(idp, to_free);
571         } else
572                 idr_remove_warning(id);
573 }
574
575 /**
576  * idr_remove - remove the given id and free its slot
577  * @idp: idr handle
578  * @id: unique key
579  */
580 void idr_remove(struct idr *idp, int id)
581 {
582         struct idr_layer *p;
583         struct idr_layer *to_free;
584
585         if (id < 0)
586                 return;
587
588         if (id > idr_max(idp->layers)) {
589                 idr_remove_warning(id);
590                 return;
591         }
592
593         sub_remove(idp, (idp->layers - 1) * IDR_BITS, id);
594         if (idp->top && idp->top->count == 1 && (idp->layers > 1) &&
595             idp->top->ary[0]) {
596                 /*
597                  * Single child at leftmost slot: we can shrink the tree.
598                  * This level is not needed anymore since when layers are
599                  * inserted, they are inserted at the top of the existing
600                  * tree.
601                  */
602                 to_free = idp->top;
603                 p = idp->top->ary[0];
604                 rcu_assign_pointer(idp->top, p);
605                 --idp->layers;
606                 to_free->count = 0;
607                 bitmap_clear(to_free->bitmap, 0, IDR_SIZE);
608                 free_layer(idp, to_free);
609         }
610 }
611 EXPORT_SYMBOL(idr_remove);
612
613 static void __idr_remove_all(struct idr *idp)
614 {
615         int n, id, max;
616         int bt_mask;
617         struct idr_layer *p;
618         struct idr_layer *pa[MAX_IDR_LEVEL + 1];
619         struct idr_layer **paa = &pa[0];
620
621         n = idp->layers * IDR_BITS;
622         *paa = idp->top;
623         RCU_INIT_POINTER(idp->top, NULL);
624         max = idr_max(idp->layers);
625
626         id = 0;
627         while (id >= 0 && id <= max) {
628                 p = *paa;
629                 while (n > IDR_BITS && p) {
630                         n -= IDR_BITS;
631                         p = p->ary[(id >> n) & IDR_MASK];
632                         *++paa = p;
633                 }
634
635                 bt_mask = id;
636                 id += 1 << n;
637                 /* Get the highest bit that the above add changed from 0->1. */
638                 while (n < fls(id ^ bt_mask)) {
639                         if (*paa)
640                                 free_layer(idp, *paa);
641                         n += IDR_BITS;
642                         --paa;
643                 }
644         }
645         idp->layers = 0;
646 }
647
648 /**
649  * idr_destroy - release all cached layers within an idr tree
650  * @idp: idr handle
651  *
652  * Free all id mappings and all idp_layers.  After this function, @idp is
653  * completely unused and can be freed / recycled.  The caller is
654  * responsible for ensuring that no one else accesses @idp during or after
655  * idr_destroy().
656  *
657  * A typical clean-up sequence for objects stored in an idr tree will use
658  * idr_for_each() to free all objects, if necessary, then idr_destroy() to
659  * free up the id mappings and cached idr_layers.
660  */
661 void idr_destroy(struct idr *idp)
662 {
663         __idr_remove_all(idp);
664
665         while (idp->id_free_cnt) {
666                 struct idr_layer *p = get_from_free_list(idp);
667                 kmem_cache_free(idr_layer_cache, p);
668         }
669 }
670 EXPORT_SYMBOL(idr_destroy);
671
672 void *idr_find_slowpath(struct idr *idp, int id)
673 {
674         int n;
675         struct idr_layer *p;
676
677         if (id < 0)
678                 return NULL;
679
680         p = rcu_dereference_raw(idp->top);
681         if (!p)
682                 return NULL;
683         n = (p->layer+1) * IDR_BITS;
684
685         if (id > idr_max(p->layer + 1))
686                 return NULL;
687         BUG_ON(n == 0);
688
689         while (n > 0 && p) {
690                 n -= IDR_BITS;
691                 BUG_ON(n != p->layer*IDR_BITS);
692                 p = rcu_dereference_raw(p->ary[(id >> n) & IDR_MASK]);
693         }
694         return((void *)p);
695 }
696 EXPORT_SYMBOL(idr_find_slowpath);
697
698 /**
699  * idr_for_each - iterate through all stored pointers
700  * @idp: idr handle
701  * @fn: function to be called for each pointer
702  * @data: data passed back to callback function
703  *
704  * Iterate over the pointers registered with the given idr.  The
705  * callback function will be called for each pointer currently
706  * registered, passing the id, the pointer and the data pointer passed
707  * to this function.  It is not safe to modify the idr tree while in
708  * the callback, so functions such as idr_get_new and idr_remove are
709  * not allowed.
710  *
711  * We check the return of @fn each time. If it returns anything other
712  * than %0, we break out and return that value.
713  *
714  * The caller must serialize idr_for_each() vs idr_get_new() and idr_remove().
715  */
716 int idr_for_each(struct idr *idp,
717                  int (*fn)(int id, void *p, void *data), void *data)
718 {
719         int n, id, max, error = 0;
720         struct idr_layer *p;
721         struct idr_layer *pa[MAX_IDR_LEVEL + 1];
722         struct idr_layer **paa = &pa[0];
723
724         n = idp->layers * IDR_BITS;
725         *paa = rcu_dereference_raw(idp->top);
726         max = idr_max(idp->layers);
727
728         id = 0;
729         while (id >= 0 && id <= max) {
730                 p = *paa;
731                 while (n > 0 && p) {
732                         n -= IDR_BITS;
733                         p = rcu_dereference_raw(p->ary[(id >> n) & IDR_MASK]);
734                         *++paa = p;
735                 }
736
737                 if (p) {
738                         error = fn(id, (void *)p, data);
739                         if (error)
740                                 break;
741                 }
742
743                 id += 1 << n;
744                 while (n < fls(id)) {
745                         n += IDR_BITS;
746                         --paa;
747                 }
748         }
749
750         return error;
751 }
752 EXPORT_SYMBOL(idr_for_each);
753
754 /**
755  * idr_get_next - lookup next object of id to given id.
756  * @idp: idr handle
757  * @nextidp:  pointer to lookup key
758  *
759  * Returns pointer to registered object with id, which is next number to
760  * given id. After being looked up, *@nextidp will be updated for the next
761  * iteration.
762  *
763  * This function can be called under rcu_read_lock(), given that the leaf
764  * pointers lifetimes are correctly managed.
765  */
766 void *idr_get_next(struct idr *idp, int *nextidp)
767 {
768         struct idr_layer *p, *pa[MAX_IDR_LEVEL + 1];
769         struct idr_layer **paa = &pa[0];
770         int id = *nextidp;
771         int n, max;
772
773         /* find first ent */
774         p = *paa = rcu_dereference_raw(idp->top);
775         if (!p)
776                 return NULL;
777         n = (p->layer + 1) * IDR_BITS;
778         max = idr_max(p->layer + 1);
779
780         while (id >= 0 && id <= max) {
781                 p = *paa;
782                 while (n > 0 && p) {
783                         n -= IDR_BITS;
784                         p = rcu_dereference_raw(p->ary[(id >> n) & IDR_MASK]);
785                         *++paa = p;
786                 }
787
788                 if (p) {
789                         *nextidp = id;
790                         return p;
791                 }
792
793                 /*
794                  * Proceed to the next layer at the current level.  Unlike
795                  * idr_for_each(), @id isn't guaranteed to be aligned to
796                  * layer boundary at this point and adding 1 << n may
797                  * incorrectly skip IDs.  Make sure we jump to the
798                  * beginning of the next layer using round_up().
799                  */
800                 id = round_up(id + 1, 1 << n);
801                 while (n < fls(id)) {
802                         n += IDR_BITS;
803                         --paa;
804                 }
805         }
806         return NULL;
807 }
808 EXPORT_SYMBOL(idr_get_next);
809
810
811 /**
812  * idr_replace - replace pointer for given id
813  * @idp: idr handle
814  * @ptr: pointer you want associated with the id
815  * @id: lookup key
816  *
817  * Replace the pointer registered with an id and return the old value.
818  * A %-ENOENT return indicates that @id was not found.
819  * A %-EINVAL return indicates that @id was not within valid constraints.
820  *
821  * The caller must serialize with writers.
822  */
823 void *idr_replace(struct idr *idp, void *ptr, int id)
824 {
825         int n;
826         struct idr_layer *p, *old_p;
827
828         if (id < 0)
829                 return ERR_PTR(-EINVAL);
830
831         p = idp->top;
832         if (!p)
833                 return ERR_PTR(-ENOENT);
834
835         if (id > idr_max(p->layer + 1))
836                 return ERR_PTR(-ENOENT);
837
838         n = p->layer * IDR_BITS;
839         while ((n > 0) && p) {
840                 p = p->ary[(id >> n) & IDR_MASK];
841                 n -= IDR_BITS;
842         }
843
844         n = id & IDR_MASK;
845         if (unlikely(p == NULL || !test_bit(n, p->bitmap)))
846                 return ERR_PTR(-ENOENT);
847
848         old_p = p->ary[n];
849         rcu_assign_pointer(p->ary[n], ptr);
850
851         return old_p;
852 }
853 EXPORT_SYMBOL(idr_replace);
854
855 void __init idr_init_cache(void)
856 {
857         idr_layer_cache = kmem_cache_create("idr_layer_cache",
858                                 sizeof(struct idr_layer), 0, SLAB_PANIC, NULL);
859 }
860
861 /**
862  * idr_init - initialize idr handle
863  * @idp:        idr handle
864  *
865  * This function is use to set up the handle (@idp) that you will pass
866  * to the rest of the functions.
867  */
868 void idr_init(struct idr *idp)
869 {
870         memset(idp, 0, sizeof(struct idr));
871         spin_lock_init(&idp->lock);
872 }
873 EXPORT_SYMBOL(idr_init);
874
875 static int idr_has_entry(int id, void *p, void *data)
876 {
877         return 1;
878 }
879
880 bool idr_is_empty(struct idr *idp)
881 {
882         return !idr_for_each(idp, idr_has_entry, NULL);
883 }
884 EXPORT_SYMBOL(idr_is_empty);
885
886 /**
887  * DOC: IDA description
888  * IDA - IDR based ID allocator
889  *
890  * This is id allocator without id -> pointer translation.  Memory
891  * usage is much lower than full blown idr because each id only
892  * occupies a bit.  ida uses a custom leaf node which contains
893  * IDA_BITMAP_BITS slots.
894  *
895  * 2007-04-25  written by Tejun Heo <htejun@gmail.com>
896  */
897
898 static void free_bitmap(struct ida *ida, struct ida_bitmap *bitmap)
899 {
900         unsigned long flags;
901
902         if (!ida->free_bitmap) {
903                 spin_lock_irqsave(&ida->idr.lock, flags);
904                 if (!ida->free_bitmap) {
905                         ida->free_bitmap = bitmap;
906                         bitmap = NULL;
907                 }
908                 spin_unlock_irqrestore(&ida->idr.lock, flags);
909         }
910
911         kfree(bitmap);
912 }
913
914 /**
915  * ida_pre_get - reserve resources for ida allocation
916  * @ida:        ida handle
917  * @gfp_mask:   memory allocation flag
918  *
919  * This function should be called prior to locking and calling the
920  * following function.  It preallocates enough memory to satisfy the
921  * worst possible allocation.
922  *
923  * If the system is REALLY out of memory this function returns %0,
924  * otherwise %1.
925  */
926 int ida_pre_get(struct ida *ida, gfp_t gfp_mask)
927 {
928         /* allocate idr_layers */
929         if (!__idr_pre_get(&ida->idr, gfp_mask))
930                 return 0;
931
932         /* allocate free_bitmap */
933         if (!ida->free_bitmap) {
934                 struct ida_bitmap *bitmap;
935
936                 bitmap = kmalloc(sizeof(struct ida_bitmap), gfp_mask);
937                 if (!bitmap)
938                         return 0;
939
940                 free_bitmap(ida, bitmap);
941         }
942
943         return 1;
944 }
945 EXPORT_SYMBOL(ida_pre_get);
946
947 /**
948  * ida_get_new_above - allocate new ID above or equal to a start id
949  * @ida:        ida handle
950  * @starting_id: id to start search at
951  * @p_id:       pointer to the allocated handle
952  *
953  * Allocate new ID above or equal to @starting_id.  It should be called
954  * with any required locks.
955  *
956  * If memory is required, it will return %-EAGAIN, you should unlock
957  * and go back to the ida_pre_get() call.  If the ida is full, it will
958  * return %-ENOSPC.
959  *
960  * @p_id returns a value in the range @starting_id ... %0x7fffffff.
961  */
962 int ida_get_new_above(struct ida *ida, int starting_id, int *p_id)
963 {
964         struct idr_layer *pa[MAX_IDR_LEVEL + 1];
965         struct ida_bitmap *bitmap;
966         unsigned long flags;
967         int idr_id = starting_id / IDA_BITMAP_BITS;
968         int offset = starting_id % IDA_BITMAP_BITS;
969         int t, id;
970
971  restart:
972         /* get vacant slot */
973         t = idr_get_empty_slot(&ida->idr, idr_id, pa, 0, &ida->idr);
974         if (t < 0)
975                 return t == -ENOMEM ? -EAGAIN : t;
976
977         if (t * IDA_BITMAP_BITS >= MAX_IDR_BIT)
978                 return -ENOSPC;
979
980         if (t != idr_id)
981                 offset = 0;
982         idr_id = t;
983
984         /* if bitmap isn't there, create a new one */
985         bitmap = (void *)pa[0]->ary[idr_id & IDR_MASK];
986         if (!bitmap) {
987                 spin_lock_irqsave(&ida->idr.lock, flags);
988                 bitmap = ida->free_bitmap;
989                 ida->free_bitmap = NULL;
990                 spin_unlock_irqrestore(&ida->idr.lock, flags);
991
992                 if (!bitmap)
993                         return -EAGAIN;
994
995                 memset(bitmap, 0, sizeof(struct ida_bitmap));
996                 rcu_assign_pointer(pa[0]->ary[idr_id & IDR_MASK],
997                                 (void *)bitmap);
998                 pa[0]->count++;
999         }
1000
1001         /* lookup for empty slot */
1002         t = find_next_zero_bit(bitmap->bitmap, IDA_BITMAP_BITS, offset);
1003         if (t == IDA_BITMAP_BITS) {
1004                 /* no empty slot after offset, continue to the next chunk */
1005                 idr_id++;
1006                 offset = 0;
1007                 goto restart;
1008         }
1009
1010         id = idr_id * IDA_BITMAP_BITS + t;
1011         if (id >= MAX_IDR_BIT)
1012                 return -ENOSPC;
1013
1014         __set_bit(t, bitmap->bitmap);
1015         if (++bitmap->nr_busy == IDA_BITMAP_BITS)
1016                 idr_mark_full(pa, idr_id);
1017
1018         *p_id = id;
1019
1020         /* Each leaf node can handle nearly a thousand slots and the
1021          * whole idea of ida is to have small memory foot print.
1022          * Throw away extra resources one by one after each successful
1023          * allocation.
1024          */
1025         if (ida->idr.id_free_cnt || ida->free_bitmap) {
1026                 struct idr_layer *p = get_from_free_list(&ida->idr);
1027                 if (p)
1028                         kmem_cache_free(idr_layer_cache, p);
1029         }
1030
1031         return 0;
1032 }
1033 EXPORT_SYMBOL(ida_get_new_above);
1034
1035 /**
1036  * ida_remove - remove the given ID
1037  * @ida:        ida handle
1038  * @id:         ID to free
1039  */
1040 void ida_remove(struct ida *ida, int id)
1041 {
1042         struct idr_layer *p = ida->idr.top;
1043         int shift = (ida->idr.layers - 1) * IDR_BITS;
1044         int idr_id = id / IDA_BITMAP_BITS;
1045         int offset = id % IDA_BITMAP_BITS;
1046         int n;
1047         struct ida_bitmap *bitmap;
1048
1049         if (idr_id > idr_max(ida->idr.layers))
1050                 goto err;
1051
1052         /* clear full bits while looking up the leaf idr_layer */
1053         while ((shift > 0) && p) {
1054                 n = (idr_id >> shift) & IDR_MASK;
1055                 __clear_bit(n, p->bitmap);
1056                 p = p->ary[n];
1057                 shift -= IDR_BITS;
1058         }
1059
1060         if (p == NULL)
1061                 goto err;
1062
1063         n = idr_id & IDR_MASK;
1064         __clear_bit(n, p->bitmap);
1065
1066         bitmap = (void *)p->ary[n];
1067         if (!bitmap || !test_bit(offset, bitmap->bitmap))
1068                 goto err;
1069
1070         /* update bitmap and remove it if empty */
1071         __clear_bit(offset, bitmap->bitmap);
1072         if (--bitmap->nr_busy == 0) {
1073                 __set_bit(n, p->bitmap);        /* to please idr_remove() */
1074                 idr_remove(&ida->idr, idr_id);
1075                 free_bitmap(ida, bitmap);
1076         }
1077
1078         return;
1079
1080  err:
1081         WARN(1, "ida_remove called for id=%d which is not allocated.\n", id);
1082 }
1083 EXPORT_SYMBOL(ida_remove);
1084
1085 /**
1086  * ida_destroy - release all cached layers within an ida tree
1087  * @ida:                ida handle
1088  */
1089 void ida_destroy(struct ida *ida)
1090 {
1091         idr_destroy(&ida->idr);
1092         kfree(ida->free_bitmap);
1093 }
1094 EXPORT_SYMBOL(ida_destroy);
1095
1096 /**
1097  * ida_simple_get - get a new id.
1098  * @ida: the (initialized) ida.
1099  * @start: the minimum id (inclusive, < 0x8000000)
1100  * @end: the maximum id (exclusive, < 0x8000000 or 0)
1101  * @gfp_mask: memory allocation flags
1102  *
1103  * Allocates an id in the range start <= id < end, or returns -ENOSPC.
1104  * On memory allocation failure, returns -ENOMEM.
1105  *
1106  * Use ida_simple_remove() to get rid of an id.
1107  */
1108 int ida_simple_get(struct ida *ida, unsigned int start, unsigned int end,
1109                    gfp_t gfp_mask)
1110 {
1111         int ret, id;
1112         unsigned int max;
1113         unsigned long flags;
1114
1115         BUG_ON((int)start < 0);
1116         BUG_ON((int)end < 0);
1117
1118         if (end == 0)
1119                 max = 0x80000000;
1120         else {
1121                 BUG_ON(end < start);
1122                 max = end - 1;
1123         }
1124
1125 again:
1126         if (!ida_pre_get(ida, gfp_mask))
1127                 return -ENOMEM;
1128
1129         spin_lock_irqsave(&simple_ida_lock, flags);
1130         ret = ida_get_new_above(ida, start, &id);
1131         if (!ret) {
1132                 if (id > max) {
1133                         ida_remove(ida, id);
1134                         ret = -ENOSPC;
1135                 } else {
1136                         ret = id;
1137                 }
1138         }
1139         spin_unlock_irqrestore(&simple_ida_lock, flags);
1140
1141         if (unlikely(ret == -EAGAIN))
1142                 goto again;
1143
1144         return ret;
1145 }
1146 EXPORT_SYMBOL(ida_simple_get);
1147
1148 /**
1149  * ida_simple_remove - remove an allocated id.
1150  * @ida: the (initialized) ida.
1151  * @id: the id returned by ida_simple_get.
1152  */
1153 void ida_simple_remove(struct ida *ida, unsigned int id)
1154 {
1155         unsigned long flags;
1156
1157         BUG_ON((int)id < 0);
1158         spin_lock_irqsave(&simple_ida_lock, flags);
1159         ida_remove(ida, id);
1160         spin_unlock_irqrestore(&simple_ida_lock, flags);
1161 }
1162 EXPORT_SYMBOL(ida_simple_remove);
1163
1164 /**
1165  * ida_init - initialize ida handle
1166  * @ida:        ida handle
1167  *
1168  * This function is use to set up the handle (@ida) that you will pass
1169  * to the rest of the functions.
1170  */
1171 void ida_init(struct ida *ida)
1172 {
1173         memset(ida, 0, sizeof(struct ida));
1174         idr_init(&ida->idr);
1175
1176 }
1177 EXPORT_SYMBOL(ida_init);