xref: /openbmc/linux/lib/sbitmap.c (revision 40aabb67)
188459642SOmar Sandoval /*
288459642SOmar Sandoval  * Copyright (C) 2016 Facebook
388459642SOmar Sandoval  * Copyright (C) 2013-2014 Jens Axboe
488459642SOmar Sandoval  *
588459642SOmar Sandoval  * This program is free software; you can redistribute it and/or
688459642SOmar Sandoval  * modify it under the terms of the GNU General Public
788459642SOmar Sandoval  * License v2 as published by the Free Software Foundation.
888459642SOmar Sandoval  *
988459642SOmar Sandoval  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
1088459642SOmar Sandoval  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
1188459642SOmar Sandoval  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
1288459642SOmar Sandoval  * General Public License for more details.
1388459642SOmar Sandoval  *
1488459642SOmar Sandoval  * You should have received a copy of the GNU General Public License
1588459642SOmar Sandoval  * along with this program.  If not, see <https://www.gnu.org/licenses/>.
1688459642SOmar Sandoval  */
1788459642SOmar Sandoval 
1888459642SOmar Sandoval #include <linux/sbitmap.h>
1988459642SOmar Sandoval 
2088459642SOmar Sandoval int sbitmap_init_node(struct sbitmap *sb, unsigned int depth, int shift,
2188459642SOmar Sandoval 		      gfp_t flags, int node)
2288459642SOmar Sandoval {
2388459642SOmar Sandoval 	unsigned int bits_per_word;
2488459642SOmar Sandoval 	unsigned int i;
2588459642SOmar Sandoval 
2688459642SOmar Sandoval 	if (shift < 0) {
2788459642SOmar Sandoval 		shift = ilog2(BITS_PER_LONG);
2888459642SOmar Sandoval 		/*
2988459642SOmar Sandoval 		 * If the bitmap is small, shrink the number of bits per word so
3088459642SOmar Sandoval 		 * we spread over a few cachelines, at least. If less than 4
3188459642SOmar Sandoval 		 * bits, just forget about it, it's not going to work optimally
3288459642SOmar Sandoval 		 * anyway.
3388459642SOmar Sandoval 		 */
3488459642SOmar Sandoval 		if (depth >= 4) {
3588459642SOmar Sandoval 			while ((4U << shift) > depth)
3688459642SOmar Sandoval 				shift--;
3788459642SOmar Sandoval 		}
3888459642SOmar Sandoval 	}
3988459642SOmar Sandoval 	bits_per_word = 1U << shift;
4088459642SOmar Sandoval 	if (bits_per_word > BITS_PER_LONG)
4188459642SOmar Sandoval 		return -EINVAL;
4288459642SOmar Sandoval 
4388459642SOmar Sandoval 	sb->shift = shift;
4488459642SOmar Sandoval 	sb->depth = depth;
4588459642SOmar Sandoval 	sb->map_nr = DIV_ROUND_UP(sb->depth, bits_per_word);
4688459642SOmar Sandoval 
4788459642SOmar Sandoval 	if (depth == 0) {
4888459642SOmar Sandoval 		sb->map = NULL;
4988459642SOmar Sandoval 		return 0;
5088459642SOmar Sandoval 	}
5188459642SOmar Sandoval 
5288459642SOmar Sandoval 	sb->map = kzalloc_node(sb->map_nr * sizeof(*sb->map), flags, node);
5388459642SOmar Sandoval 	if (!sb->map)
5488459642SOmar Sandoval 		return -ENOMEM;
5588459642SOmar Sandoval 
5688459642SOmar Sandoval 	for (i = 0; i < sb->map_nr; i++) {
5788459642SOmar Sandoval 		sb->map[i].depth = min(depth, bits_per_word);
5888459642SOmar Sandoval 		depth -= sb->map[i].depth;
5988459642SOmar Sandoval 	}
6088459642SOmar Sandoval 	return 0;
6188459642SOmar Sandoval }
6288459642SOmar Sandoval EXPORT_SYMBOL_GPL(sbitmap_init_node);
6388459642SOmar Sandoval 
6488459642SOmar Sandoval void sbitmap_resize(struct sbitmap *sb, unsigned int depth)
6588459642SOmar Sandoval {
6688459642SOmar Sandoval 	unsigned int bits_per_word = 1U << sb->shift;
6788459642SOmar Sandoval 	unsigned int i;
6888459642SOmar Sandoval 
6988459642SOmar Sandoval 	sb->depth = depth;
7088459642SOmar Sandoval 	sb->map_nr = DIV_ROUND_UP(sb->depth, bits_per_word);
7188459642SOmar Sandoval 
7288459642SOmar Sandoval 	for (i = 0; i < sb->map_nr; i++) {
7388459642SOmar Sandoval 		sb->map[i].depth = min(depth, bits_per_word);
7488459642SOmar Sandoval 		depth -= sb->map[i].depth;
7588459642SOmar Sandoval 	}
7688459642SOmar Sandoval }
7788459642SOmar Sandoval EXPORT_SYMBOL_GPL(sbitmap_resize);
7888459642SOmar Sandoval 
7988459642SOmar Sandoval static int __sbitmap_get_word(struct sbitmap_word *word, unsigned int hint,
8088459642SOmar Sandoval 			      bool wrap)
8188459642SOmar Sandoval {
8288459642SOmar Sandoval 	unsigned int orig_hint = hint;
8388459642SOmar Sandoval 	int nr;
8488459642SOmar Sandoval 
8588459642SOmar Sandoval 	while (1) {
8688459642SOmar Sandoval 		nr = find_next_zero_bit(&word->word, word->depth, hint);
8788459642SOmar Sandoval 		if (unlikely(nr >= word->depth)) {
8888459642SOmar Sandoval 			/*
8988459642SOmar Sandoval 			 * We started with an offset, and we didn't reset the
9088459642SOmar Sandoval 			 * offset to 0 in a failure case, so start from 0 to
9188459642SOmar Sandoval 			 * exhaust the map.
9288459642SOmar Sandoval 			 */
9388459642SOmar Sandoval 			if (orig_hint && hint && wrap) {
9488459642SOmar Sandoval 				hint = orig_hint = 0;
9588459642SOmar Sandoval 				continue;
9688459642SOmar Sandoval 			}
9788459642SOmar Sandoval 			return -1;
9888459642SOmar Sandoval 		}
9988459642SOmar Sandoval 
10088459642SOmar Sandoval 		if (!test_and_set_bit(nr, &word->word))
10188459642SOmar Sandoval 			break;
10288459642SOmar Sandoval 
10388459642SOmar Sandoval 		hint = nr + 1;
10488459642SOmar Sandoval 		if (hint >= word->depth - 1)
10588459642SOmar Sandoval 			hint = 0;
10688459642SOmar Sandoval 	}
10788459642SOmar Sandoval 
10888459642SOmar Sandoval 	return nr;
10988459642SOmar Sandoval }
11088459642SOmar Sandoval 
11188459642SOmar Sandoval int sbitmap_get(struct sbitmap *sb, unsigned int alloc_hint, bool round_robin)
11288459642SOmar Sandoval {
11388459642SOmar Sandoval 	unsigned int i, index;
11488459642SOmar Sandoval 	int nr = -1;
11588459642SOmar Sandoval 
11688459642SOmar Sandoval 	index = SB_NR_TO_INDEX(sb, alloc_hint);
11788459642SOmar Sandoval 
11888459642SOmar Sandoval 	for (i = 0; i < sb->map_nr; i++) {
11988459642SOmar Sandoval 		nr = __sbitmap_get_word(&sb->map[index],
12088459642SOmar Sandoval 					SB_NR_TO_BIT(sb, alloc_hint),
12188459642SOmar Sandoval 					!round_robin);
12288459642SOmar Sandoval 		if (nr != -1) {
12388459642SOmar Sandoval 			nr += index << sb->shift;
12488459642SOmar Sandoval 			break;
12588459642SOmar Sandoval 		}
12688459642SOmar Sandoval 
12788459642SOmar Sandoval 		/* Jump to next index. */
12888459642SOmar Sandoval 		index++;
12988459642SOmar Sandoval 		alloc_hint = index << sb->shift;
13088459642SOmar Sandoval 
13188459642SOmar Sandoval 		if (index >= sb->map_nr) {
13288459642SOmar Sandoval 			index = 0;
13388459642SOmar Sandoval 			alloc_hint = 0;
13488459642SOmar Sandoval 		}
13588459642SOmar Sandoval 	}
13688459642SOmar Sandoval 
13788459642SOmar Sandoval 	return nr;
13888459642SOmar Sandoval }
13988459642SOmar Sandoval EXPORT_SYMBOL_GPL(sbitmap_get);
14088459642SOmar Sandoval 
14188459642SOmar Sandoval bool sbitmap_any_bit_set(const struct sbitmap *sb)
14288459642SOmar Sandoval {
14388459642SOmar Sandoval 	unsigned int i;
14488459642SOmar Sandoval 
14588459642SOmar Sandoval 	for (i = 0; i < sb->map_nr; i++) {
14688459642SOmar Sandoval 		if (sb->map[i].word)
14788459642SOmar Sandoval 			return true;
14888459642SOmar Sandoval 	}
14988459642SOmar Sandoval 	return false;
15088459642SOmar Sandoval }
15188459642SOmar Sandoval EXPORT_SYMBOL_GPL(sbitmap_any_bit_set);
15288459642SOmar Sandoval 
15388459642SOmar Sandoval bool sbitmap_any_bit_clear(const struct sbitmap *sb)
15488459642SOmar Sandoval {
15588459642SOmar Sandoval 	unsigned int i;
15688459642SOmar Sandoval 
15788459642SOmar Sandoval 	for (i = 0; i < sb->map_nr; i++) {
15888459642SOmar Sandoval 		const struct sbitmap_word *word = &sb->map[i];
15988459642SOmar Sandoval 		unsigned long ret;
16088459642SOmar Sandoval 
16188459642SOmar Sandoval 		ret = find_first_zero_bit(&word->word, word->depth);
16288459642SOmar Sandoval 		if (ret < word->depth)
16388459642SOmar Sandoval 			return true;
16488459642SOmar Sandoval 	}
16588459642SOmar Sandoval 	return false;
16688459642SOmar Sandoval }
16788459642SOmar Sandoval EXPORT_SYMBOL_GPL(sbitmap_any_bit_clear);
16888459642SOmar Sandoval 
16988459642SOmar Sandoval unsigned int sbitmap_weight(const struct sbitmap *sb)
17088459642SOmar Sandoval {
17188459642SOmar Sandoval 	unsigned int i, weight;
17288459642SOmar Sandoval 
17388459642SOmar Sandoval 	for (i = 0; i < sb->map_nr; i++) {
17488459642SOmar Sandoval 		const struct sbitmap_word *word = &sb->map[i];
17588459642SOmar Sandoval 
17688459642SOmar Sandoval 		weight += bitmap_weight(&word->word, word->depth);
17788459642SOmar Sandoval 	}
17888459642SOmar Sandoval 	return weight;
17988459642SOmar Sandoval }
18088459642SOmar Sandoval EXPORT_SYMBOL_GPL(sbitmap_weight);
18188459642SOmar Sandoval 
18288459642SOmar Sandoval static unsigned int sbq_calc_wake_batch(unsigned int depth)
18388459642SOmar Sandoval {
18488459642SOmar Sandoval 	unsigned int wake_batch;
18588459642SOmar Sandoval 
18688459642SOmar Sandoval 	/*
18788459642SOmar Sandoval 	 * For each batch, we wake up one queue. We need to make sure that our
18888459642SOmar Sandoval 	 * batch size is small enough that the full depth of the bitmap is
18988459642SOmar Sandoval 	 * enough to wake up all of the queues.
19088459642SOmar Sandoval 	 */
19188459642SOmar Sandoval 	wake_batch = SBQ_WAKE_BATCH;
19288459642SOmar Sandoval 	if (wake_batch > depth / SBQ_WAIT_QUEUES)
19388459642SOmar Sandoval 		wake_batch = max(1U, depth / SBQ_WAIT_QUEUES);
19488459642SOmar Sandoval 
19588459642SOmar Sandoval 	return wake_batch;
19688459642SOmar Sandoval }
19788459642SOmar Sandoval 
19888459642SOmar Sandoval int sbitmap_queue_init_node(struct sbitmap_queue *sbq, unsigned int depth,
19988459642SOmar Sandoval 			    int shift, gfp_t flags, int node)
20088459642SOmar Sandoval {
20188459642SOmar Sandoval 	int ret;
20288459642SOmar Sandoval 	int i;
20388459642SOmar Sandoval 
20488459642SOmar Sandoval 	ret = sbitmap_init_node(&sbq->sb, depth, shift, flags, node);
20588459642SOmar Sandoval 	if (ret)
20688459642SOmar Sandoval 		return ret;
20788459642SOmar Sandoval 
20840aabb67SOmar Sandoval 	sbq->alloc_hint = alloc_percpu_gfp(unsigned int, flags);
20940aabb67SOmar Sandoval 	if (!sbq->alloc_hint) {
21040aabb67SOmar Sandoval 		sbitmap_free(&sbq->sb);
21140aabb67SOmar Sandoval 		return -ENOMEM;
21240aabb67SOmar Sandoval 	}
21340aabb67SOmar Sandoval 
21488459642SOmar Sandoval 	sbq->wake_batch = sbq_calc_wake_batch(depth);
21588459642SOmar Sandoval 	atomic_set(&sbq->wake_index, 0);
21688459642SOmar Sandoval 
21748e28166SOmar Sandoval 	sbq->ws = kzalloc_node(SBQ_WAIT_QUEUES * sizeof(*sbq->ws), flags, node);
21888459642SOmar Sandoval 	if (!sbq->ws) {
21940aabb67SOmar Sandoval 		free_percpu(sbq->alloc_hint);
22088459642SOmar Sandoval 		sbitmap_free(&sbq->sb);
22188459642SOmar Sandoval 		return -ENOMEM;
22288459642SOmar Sandoval 	}
22388459642SOmar Sandoval 
22488459642SOmar Sandoval 	for (i = 0; i < SBQ_WAIT_QUEUES; i++) {
22588459642SOmar Sandoval 		init_waitqueue_head(&sbq->ws[i].wait);
22688459642SOmar Sandoval 		atomic_set(&sbq->ws[i].wait_cnt, sbq->wake_batch);
22788459642SOmar Sandoval 	}
22888459642SOmar Sandoval 	return 0;
22988459642SOmar Sandoval }
23088459642SOmar Sandoval EXPORT_SYMBOL_GPL(sbitmap_queue_init_node);
23188459642SOmar Sandoval 
23288459642SOmar Sandoval void sbitmap_queue_resize(struct sbitmap_queue *sbq, unsigned int depth)
23388459642SOmar Sandoval {
23488459642SOmar Sandoval 	sbq->wake_batch = sbq_calc_wake_batch(depth);
23588459642SOmar Sandoval 	sbitmap_resize(&sbq->sb, depth);
23688459642SOmar Sandoval }
23788459642SOmar Sandoval EXPORT_SYMBOL_GPL(sbitmap_queue_resize);
23888459642SOmar Sandoval 
23940aabb67SOmar Sandoval int __sbitmap_queue_get(struct sbitmap_queue *sbq, bool round_robin)
24040aabb67SOmar Sandoval {
24140aabb67SOmar Sandoval 	unsigned int hint;
24240aabb67SOmar Sandoval 	int nr;
24340aabb67SOmar Sandoval 
24440aabb67SOmar Sandoval 	hint = this_cpu_read(*sbq->alloc_hint);
24540aabb67SOmar Sandoval 	nr = sbitmap_get(&sbq->sb, hint, round_robin);
24640aabb67SOmar Sandoval 
24740aabb67SOmar Sandoval 	if (nr == -1) {
24840aabb67SOmar Sandoval 		/* If the map is full, a hint won't do us much good. */
24940aabb67SOmar Sandoval 		this_cpu_write(*sbq->alloc_hint, 0);
25040aabb67SOmar Sandoval 	} else if (nr == hint || unlikely(round_robin)) {
25140aabb67SOmar Sandoval 		/* Only update the hint if we used it. */
25240aabb67SOmar Sandoval 		hint = nr + 1;
25340aabb67SOmar Sandoval 		if (hint >= sbq->sb.depth - 1)
25440aabb67SOmar Sandoval 			hint = 0;
25540aabb67SOmar Sandoval 		this_cpu_write(*sbq->alloc_hint, hint);
25640aabb67SOmar Sandoval 	}
25740aabb67SOmar Sandoval 
25840aabb67SOmar Sandoval 	return nr;
25940aabb67SOmar Sandoval }
26040aabb67SOmar Sandoval EXPORT_SYMBOL_GPL(__sbitmap_queue_get);
26140aabb67SOmar Sandoval 
26288459642SOmar Sandoval static struct sbq_wait_state *sbq_wake_ptr(struct sbitmap_queue *sbq)
26388459642SOmar Sandoval {
26488459642SOmar Sandoval 	int i, wake_index;
26588459642SOmar Sandoval 
26688459642SOmar Sandoval 	wake_index = atomic_read(&sbq->wake_index);
26788459642SOmar Sandoval 	for (i = 0; i < SBQ_WAIT_QUEUES; i++) {
26888459642SOmar Sandoval 		struct sbq_wait_state *ws = &sbq->ws[wake_index];
26988459642SOmar Sandoval 
27088459642SOmar Sandoval 		if (waitqueue_active(&ws->wait)) {
27188459642SOmar Sandoval 			int o = atomic_read(&sbq->wake_index);
27288459642SOmar Sandoval 
27388459642SOmar Sandoval 			if (wake_index != o)
27488459642SOmar Sandoval 				atomic_cmpxchg(&sbq->wake_index, o, wake_index);
27588459642SOmar Sandoval 			return ws;
27688459642SOmar Sandoval 		}
27788459642SOmar Sandoval 
27888459642SOmar Sandoval 		wake_index = sbq_index_inc(wake_index);
27988459642SOmar Sandoval 	}
28088459642SOmar Sandoval 
28188459642SOmar Sandoval 	return NULL;
28288459642SOmar Sandoval }
28388459642SOmar Sandoval 
28488459642SOmar Sandoval static void sbq_wake_up(struct sbitmap_queue *sbq)
28588459642SOmar Sandoval {
28688459642SOmar Sandoval 	struct sbq_wait_state *ws;
28788459642SOmar Sandoval 	int wait_cnt;
28888459642SOmar Sandoval 
28988459642SOmar Sandoval 	/* Ensure that the wait list checks occur after clear_bit(). */
29088459642SOmar Sandoval 	smp_mb();
29188459642SOmar Sandoval 
29288459642SOmar Sandoval 	ws = sbq_wake_ptr(sbq);
29388459642SOmar Sandoval 	if (!ws)
29488459642SOmar Sandoval 		return;
29588459642SOmar Sandoval 
29688459642SOmar Sandoval 	wait_cnt = atomic_dec_return(&ws->wait_cnt);
29788459642SOmar Sandoval 	if (unlikely(wait_cnt < 0))
29888459642SOmar Sandoval 		wait_cnt = atomic_inc_return(&ws->wait_cnt);
29988459642SOmar Sandoval 	if (wait_cnt == 0) {
30088459642SOmar Sandoval 		atomic_add(sbq->wake_batch, &ws->wait_cnt);
30188459642SOmar Sandoval 		sbq_index_atomic_inc(&sbq->wake_index);
30288459642SOmar Sandoval 		wake_up(&ws->wait);
30388459642SOmar Sandoval 	}
30488459642SOmar Sandoval }
30588459642SOmar Sandoval 
30640aabb67SOmar Sandoval void sbitmap_queue_clear(struct sbitmap_queue *sbq, unsigned int nr,
30740aabb67SOmar Sandoval 			 bool round_robin, unsigned int cpu)
30888459642SOmar Sandoval {
30988459642SOmar Sandoval 	sbitmap_clear_bit(&sbq->sb, nr);
31088459642SOmar Sandoval 	sbq_wake_up(sbq);
31140aabb67SOmar Sandoval 	if (likely(!round_robin))
31240aabb67SOmar Sandoval 		*per_cpu_ptr(sbq->alloc_hint, cpu) = nr;
31388459642SOmar Sandoval }
31488459642SOmar Sandoval EXPORT_SYMBOL_GPL(sbitmap_queue_clear);
31588459642SOmar Sandoval 
31688459642SOmar Sandoval void sbitmap_queue_wake_all(struct sbitmap_queue *sbq)
31788459642SOmar Sandoval {
31888459642SOmar Sandoval 	int i, wake_index;
31988459642SOmar Sandoval 
32088459642SOmar Sandoval 	/*
32188459642SOmar Sandoval 	 * Make sure all changes prior to this are visible from other CPUs.
32288459642SOmar Sandoval 	 */
32388459642SOmar Sandoval 	smp_mb();
32488459642SOmar Sandoval 	wake_index = atomic_read(&sbq->wake_index);
32588459642SOmar Sandoval 	for (i = 0; i < SBQ_WAIT_QUEUES; i++) {
32688459642SOmar Sandoval 		struct sbq_wait_state *ws = &sbq->ws[wake_index];
32788459642SOmar Sandoval 
32888459642SOmar Sandoval 		if (waitqueue_active(&ws->wait))
32988459642SOmar Sandoval 			wake_up(&ws->wait);
33088459642SOmar Sandoval 
33188459642SOmar Sandoval 		wake_index = sbq_index_inc(wake_index);
33288459642SOmar Sandoval 	}
33388459642SOmar Sandoval }
33488459642SOmar Sandoval EXPORT_SYMBOL_GPL(sbitmap_queue_wake_all);
335