xref: /openbmc/linux/tools/testing/radix-tree/idr-test.c (revision 45cc842d5b75ba8f9a958f2dd12b95c6dd0452bd)
1 /*
2  * idr-test.c: Test the IDR API
3  * Copyright (c) 2016 Matthew Wilcox <willy@infradead.org>
4  *
5  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
6  * under the terms and conditions of the GNU General Public License,
7  * version 2, as published by the Free Software Foundation.
8  *
9  * This program is distributed in the hope it will be useful, but WITHOUT
10  * ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
11  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for
12  * more details.
13  */
14 #include <linux/bitmap.h>
15 #include <linux/idr.h>
16 #include <linux/slab.h>
17 #include <linux/kernel.h>
18 #include <linux/errno.h>
19 
20 #include "test.h"
21 
22 #define DUMMY_PTR	((void *)0x12)
23 
24 int item_idr_free(int id, void *p, void *data)
25 {
26 	struct item *item = p;
27 	assert(item->index == id);
28 	free(p);
29 
30 	return 0;
31 }
32 
33 void item_idr_remove(struct idr *idr, int id)
34 {
35 	struct item *item = idr_find(idr, id);
36 	assert(item->index == id);
37 	idr_remove(idr, id);
38 	free(item);
39 }
40 
41 void idr_alloc_test(void)
42 {
43 	unsigned long i;
44 	DEFINE_IDR(idr);
45 
46 	assert(idr_alloc_cyclic(&idr, DUMMY_PTR, 0, 0x4000, GFP_KERNEL) == 0);
47 	assert(idr_alloc_cyclic(&idr, DUMMY_PTR, 0x3ffd, 0x4000, GFP_KERNEL) == 0x3ffd);
48 	idr_remove(&idr, 0x3ffd);
49 	idr_remove(&idr, 0);
50 
51 	for (i = 0x3ffe; i < 0x4003; i++) {
52 		int id;
53 		struct item *item;
54 
55 		if (i < 0x4000)
56 			item = item_create(i, 0);
57 		else
58 			item = item_create(i - 0x3fff, 0);
59 
60 		id = idr_alloc_cyclic(&idr, item, 1, 0x4000, GFP_KERNEL);
61 		assert(id == item->index);
62 	}
63 
64 	idr_for_each(&idr, item_idr_free, &idr);
65 	idr_destroy(&idr);
66 }
67 
68 void idr_replace_test(void)
69 {
70 	DEFINE_IDR(idr);
71 
72 	idr_alloc(&idr, (void *)-1, 10, 11, GFP_KERNEL);
73 	idr_replace(&idr, &idr, 10);
74 
75 	idr_destroy(&idr);
76 }
77 
78 /*
79  * Unlike the radix tree, you can put a NULL pointer -- with care -- into
80  * the IDR.  Some interfaces, like idr_find() do not distinguish between
81  * "present, value is NULL" and "not present", but that's exactly what some
82  * users want.
83  */
84 void idr_null_test(void)
85 {
86 	int i;
87 	DEFINE_IDR(idr);
88 
89 	assert(idr_is_empty(&idr));
90 
91 	assert(idr_alloc(&idr, NULL, 0, 0, GFP_KERNEL) == 0);
92 	assert(!idr_is_empty(&idr));
93 	idr_remove(&idr, 0);
94 	assert(idr_is_empty(&idr));
95 
96 	assert(idr_alloc(&idr, NULL, 0, 0, GFP_KERNEL) == 0);
97 	assert(!idr_is_empty(&idr));
98 	idr_destroy(&idr);
99 	assert(idr_is_empty(&idr));
100 
101 	for (i = 0; i < 10; i++) {
102 		assert(idr_alloc(&idr, NULL, 0, 0, GFP_KERNEL) == i);
103 	}
104 
105 	assert(idr_replace(&idr, DUMMY_PTR, 3) == NULL);
106 	assert(idr_replace(&idr, DUMMY_PTR, 4) == NULL);
107 	assert(idr_replace(&idr, NULL, 4) == DUMMY_PTR);
108 	assert(idr_replace(&idr, DUMMY_PTR, 11) == ERR_PTR(-ENOENT));
109 	idr_remove(&idr, 5);
110 	assert(idr_alloc(&idr, NULL, 0, 0, GFP_KERNEL) == 5);
111 	idr_remove(&idr, 5);
112 
113 	for (i = 0; i < 9; i++) {
114 		idr_remove(&idr, i);
115 		assert(!idr_is_empty(&idr));
116 	}
117 	idr_remove(&idr, 8);
118 	assert(!idr_is_empty(&idr));
119 	idr_remove(&idr, 9);
120 	assert(idr_is_empty(&idr));
121 
122 	assert(idr_alloc(&idr, NULL, 0, 0, GFP_KERNEL) == 0);
123 	assert(idr_replace(&idr, DUMMY_PTR, 3) == ERR_PTR(-ENOENT));
124 	assert(idr_replace(&idr, DUMMY_PTR, 0) == NULL);
125 	assert(idr_replace(&idr, NULL, 0) == DUMMY_PTR);
126 
127 	idr_destroy(&idr);
128 	assert(idr_is_empty(&idr));
129 
130 	for (i = 1; i < 10; i++) {
131 		assert(idr_alloc(&idr, NULL, 1, 0, GFP_KERNEL) == i);
132 	}
133 
134 	idr_destroy(&idr);
135 	assert(idr_is_empty(&idr));
136 }
137 
138 void idr_nowait_test(void)
139 {
140 	unsigned int i;
141 	DEFINE_IDR(idr);
142 
143 	idr_preload(GFP_KERNEL);
144 
145 	for (i = 0; i < 3; i++) {
146 		struct item *item = item_create(i, 0);
147 		assert(idr_alloc(&idr, item, i, i + 1, GFP_NOWAIT) == i);
148 	}
149 
150 	idr_preload_end();
151 
152 	idr_for_each(&idr, item_idr_free, &idr);
153 	idr_destroy(&idr);
154 }
155 
156 void idr_get_next_test(int base)
157 {
158 	unsigned long i;
159 	int nextid;
160 	DEFINE_IDR(idr);
161 	idr_init_base(&idr, base);
162 
163 	int indices[] = {4, 7, 9, 15, 65, 128, 1000, 99999, 0};
164 
165 	for(i = 0; indices[i]; i++) {
166 		struct item *item = item_create(indices[i], 0);
167 		assert(idr_alloc(&idr, item, indices[i], indices[i+1],
168 				 GFP_KERNEL) == indices[i]);
169 	}
170 
171 	for(i = 0, nextid = 0; indices[i]; i++) {
172 		idr_get_next(&idr, &nextid);
173 		assert(nextid == indices[i]);
174 		nextid++;
175 	}
176 
177 	idr_for_each(&idr, item_idr_free, &idr);
178 	idr_destroy(&idr);
179 }
180 
181 void idr_checks(void)
182 {
183 	unsigned long i;
184 	DEFINE_IDR(idr);
185 
186 	for (i = 0; i < 10000; i++) {
187 		struct item *item = item_create(i, 0);
188 		assert(idr_alloc(&idr, item, 0, 20000, GFP_KERNEL) == i);
189 	}
190 
191 	assert(idr_alloc(&idr, DUMMY_PTR, 5, 30, GFP_KERNEL) < 0);
192 
193 	for (i = 0; i < 5000; i++)
194 		item_idr_remove(&idr, i);
195 
196 	idr_remove(&idr, 3);
197 
198 	idr_for_each(&idr, item_idr_free, &idr);
199 	idr_destroy(&idr);
200 
201 	assert(idr_is_empty(&idr));
202 
203 	idr_remove(&idr, 3);
204 	idr_remove(&idr, 0);
205 
206 	for (i = INT_MAX - 3UL; i < INT_MAX + 1UL; i++) {
207 		struct item *item = item_create(i, 0);
208 		assert(idr_alloc(&idr, item, i, i + 10, GFP_KERNEL) == i);
209 	}
210 	assert(idr_alloc(&idr, DUMMY_PTR, i - 2, i, GFP_KERNEL) == -ENOSPC);
211 	assert(idr_alloc(&idr, DUMMY_PTR, i - 2, i + 10, GFP_KERNEL) == -ENOSPC);
212 
213 	idr_for_each(&idr, item_idr_free, &idr);
214 	idr_destroy(&idr);
215 	idr_destroy(&idr);
216 
217 	assert(idr_is_empty(&idr));
218 
219 	idr_set_cursor(&idr, INT_MAX - 3UL);
220 	for (i = INT_MAX - 3UL; i < INT_MAX + 3UL; i++) {
221 		struct item *item;
222 		unsigned int id;
223 		if (i <= INT_MAX)
224 			item = item_create(i, 0);
225 		else
226 			item = item_create(i - INT_MAX - 1, 0);
227 
228 		id = idr_alloc_cyclic(&idr, item, 0, 0, GFP_KERNEL);
229 		assert(id == item->index);
230 	}
231 
232 	idr_for_each(&idr, item_idr_free, &idr);
233 	idr_destroy(&idr);
234 	assert(idr_is_empty(&idr));
235 
236 	for (i = 1; i < 10000; i++) {
237 		struct item *item = item_create(i, 0);
238 		assert(idr_alloc(&idr, item, 1, 20000, GFP_KERNEL) == i);
239 	}
240 
241 	idr_for_each(&idr, item_idr_free, &idr);
242 	idr_destroy(&idr);
243 
244 	idr_replace_test();
245 	idr_alloc_test();
246 	idr_null_test();
247 	idr_nowait_test();
248 	idr_get_next_test(0);
249 	idr_get_next_test(1);
250 	idr_get_next_test(4);
251 }
252 
253 /*
254  * Check that we get the correct error when we run out of memory doing
255  * allocations.  To ensure we run out of memory, just "forget" to preload.
256  * The first test is for not having a bitmap available, and the second test
257  * is for not being able to allocate a level of the radix tree.
258  */
259 void ida_check_nomem(void)
260 {
261 	DEFINE_IDA(ida);
262 	int id, err;
263 
264 	err = ida_get_new_above(&ida, 256, &id);
265 	assert(err == -EAGAIN);
266 	err = ida_get_new_above(&ida, 1UL << 30, &id);
267 	assert(err == -EAGAIN);
268 }
269 
270 /*
271  * Check what happens when we fill a leaf and then delete it.  This may
272  * discover mishandling of IDR_FREE.
273  */
274 void ida_check_leaf(void)
275 {
276 	DEFINE_IDA(ida);
277 	int id;
278 	unsigned long i;
279 
280 	for (i = 0; i < IDA_BITMAP_BITS; i++) {
281 		assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
282 		assert(!ida_get_new(&ida, &id));
283 		assert(id == i);
284 	}
285 
286 	ida_destroy(&ida);
287 	assert(ida_is_empty(&ida));
288 
289 	assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
290 	assert(!ida_get_new(&ida, &id));
291 	assert(id == 0);
292 	ida_destroy(&ida);
293 	assert(ida_is_empty(&ida));
294 }
295 
296 /*
297  * Check handling of conversions between exceptional entries and full bitmaps.
298  */
299 void ida_check_conv(void)
300 {
301 	DEFINE_IDA(ida);
302 	int id;
303 	unsigned long i;
304 
305 	for (i = 0; i < IDA_BITMAP_BITS * 2; i += IDA_BITMAP_BITS) {
306 		assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
307 		assert(!ida_get_new_above(&ida, i + 1, &id));
308 		assert(id == i + 1);
309 		assert(!ida_get_new_above(&ida, i + BITS_PER_LONG, &id));
310 		assert(id == i + BITS_PER_LONG);
311 		ida_remove(&ida, i + 1);
312 		ida_remove(&ida, i + BITS_PER_LONG);
313 		assert(ida_is_empty(&ida));
314 	}
315 
316 	assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
317 
318 	for (i = 0; i < IDA_BITMAP_BITS * 2; i++) {
319 		assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
320 		assert(!ida_get_new(&ida, &id));
321 		assert(id == i);
322 	}
323 
324 	for (i = IDA_BITMAP_BITS * 2; i > 0; i--) {
325 		ida_remove(&ida, i - 1);
326 	}
327 	assert(ida_is_empty(&ida));
328 
329 	for (i = 0; i < IDA_BITMAP_BITS + BITS_PER_LONG - 4; i++) {
330 		assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
331 		assert(!ida_get_new(&ida, &id));
332 		assert(id == i);
333 	}
334 
335 	for (i = IDA_BITMAP_BITS + BITS_PER_LONG - 4; i > 0; i--) {
336 		ida_remove(&ida, i - 1);
337 	}
338 	assert(ida_is_empty(&ida));
339 
340 	radix_tree_cpu_dead(1);
341 	for (i = 0; i < 1000000; i++) {
342 		int err = ida_get_new(&ida, &id);
343 		if (err == -EAGAIN) {
344 			assert((i % IDA_BITMAP_BITS) == (BITS_PER_LONG - 2));
345 			assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
346 			err = ida_get_new(&ida, &id);
347 		} else {
348 			assert((i % IDA_BITMAP_BITS) != (BITS_PER_LONG - 2));
349 		}
350 		assert(!err);
351 		assert(id == i);
352 	}
353 	ida_destroy(&ida);
354 }
355 
356 /*
357  * Check allocations up to and slightly above the maximum allowed (2^31-1) ID.
358  * Allocating up to 2^31-1 should succeed, and then allocating the next one
359  * should fail.
360  */
361 void ida_check_max(void)
362 {
363 	DEFINE_IDA(ida);
364 	int id, err;
365 	unsigned long i, j;
366 
367 	for (j = 1; j < 65537; j *= 2) {
368 		unsigned long base = (1UL << 31) - j;
369 		for (i = 0; i < j; i++) {
370 			assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
371 			assert(!ida_get_new_above(&ida, base, &id));
372 			assert(id == base + i);
373 		}
374 		assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
375 		err = ida_get_new_above(&ida, base, &id);
376 		assert(err == -ENOSPC);
377 		ida_destroy(&ida);
378 		assert(ida_is_empty(&ida));
379 		rcu_barrier();
380 	}
381 }
382 
383 void ida_check_random(void)
384 {
385 	DEFINE_IDA(ida);
386 	DECLARE_BITMAP(bitmap, 2048);
387 	int id, err;
388 	unsigned int i;
389 	time_t s = time(NULL);
390 
391  repeat:
392 	memset(bitmap, 0, sizeof(bitmap));
393 	for (i = 0; i < 100000; i++) {
394 		int i = rand();
395 		int bit = i & 2047;
396 		if (test_bit(bit, bitmap)) {
397 			__clear_bit(bit, bitmap);
398 			ida_remove(&ida, bit);
399 		} else {
400 			__set_bit(bit, bitmap);
401 			do {
402 				ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL);
403 				err = ida_get_new_above(&ida, bit, &id);
404 			} while (err == -EAGAIN);
405 			assert(!err);
406 			assert(id == bit);
407 		}
408 	}
409 	ida_destroy(&ida);
410 	if (time(NULL) < s + 10)
411 		goto repeat;
412 }
413 
414 void ida_simple_get_remove_test(void)
415 {
416 	DEFINE_IDA(ida);
417 	unsigned long i;
418 
419 	for (i = 0; i < 10000; i++) {
420 		assert(ida_simple_get(&ida, 0, 20000, GFP_KERNEL) == i);
421 	}
422 	assert(ida_simple_get(&ida, 5, 30, GFP_KERNEL) < 0);
423 
424 	for (i = 0; i < 10000; i++) {
425 		ida_simple_remove(&ida, i);
426 	}
427 	assert(ida_is_empty(&ida));
428 
429 	ida_destroy(&ida);
430 }
431 
432 void ida_checks(void)
433 {
434 	DEFINE_IDA(ida);
435 	int id;
436 	unsigned long i;
437 
438 	radix_tree_cpu_dead(1);
439 	ida_check_nomem();
440 
441 	for (i = 0; i < 10000; i++) {
442 		assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
443 		assert(!ida_get_new(&ida, &id));
444 		assert(id == i);
445 	}
446 
447 	ida_remove(&ida, 20);
448 	ida_remove(&ida, 21);
449 	for (i = 0; i < 3; i++) {
450 		assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
451 		assert(!ida_get_new(&ida, &id));
452 		if (i == 2)
453 			assert(id == 10000);
454 	}
455 
456 	for (i = 0; i < 5000; i++)
457 		ida_remove(&ida, i);
458 
459 	assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
460 	assert(!ida_get_new_above(&ida, 5000, &id));
461 	assert(id == 10001);
462 
463 	ida_destroy(&ida);
464 
465 	assert(ida_is_empty(&ida));
466 
467 	assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
468 	assert(!ida_get_new_above(&ida, 1, &id));
469 	assert(id == 1);
470 
471 	ida_remove(&ida, id);
472 	assert(ida_is_empty(&ida));
473 	ida_destroy(&ida);
474 	assert(ida_is_empty(&ida));
475 
476 	assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
477 	assert(!ida_get_new_above(&ida, 1, &id));
478 	ida_destroy(&ida);
479 	assert(ida_is_empty(&ida));
480 
481 	assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
482 	assert(!ida_get_new_above(&ida, 1, &id));
483 	assert(id == 1);
484 	assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
485 	assert(!ida_get_new_above(&ida, 1025, &id));
486 	assert(id == 1025);
487 	assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
488 	assert(!ida_get_new_above(&ida, 10000, &id));
489 	assert(id == 10000);
490 	ida_remove(&ida, 1025);
491 	ida_destroy(&ida);
492 	assert(ida_is_empty(&ida));
493 
494 	ida_check_leaf();
495 	ida_check_max();
496 	ida_check_conv();
497 	ida_check_random();
498 	ida_simple_get_remove_test();
499 
500 	radix_tree_cpu_dead(1);
501 }
502 
503 static void *ida_random_fn(void *arg)
504 {
505 	rcu_register_thread();
506 	ida_check_random();
507 	rcu_unregister_thread();
508 	return NULL;
509 }
510 
511 void ida_thread_tests(void)
512 {
513 	pthread_t threads[20];
514 	int i;
515 
516 	for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(threads); i++)
517 		if (pthread_create(&threads[i], NULL, ida_random_fn, NULL)) {
518 			perror("creating ida thread");
519 			exit(1);
520 		}
521 
522 	while (i--)
523 		pthread_join(threads[i], NULL);
524 }
525 
526 int __weak main(void)
527 {
528 	radix_tree_init();
529 	idr_checks();
530 	ida_checks();
531 	ida_thread_tests();
532 	radix_tree_cpu_dead(1);
533 	rcu_barrier();
534 	if (nr_allocated)
535 		printf("nr_allocated = %d\n", nr_allocated);
536 	return 0;
537 }
538