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 int idr_u32_cb(int id, void *ptr, void *data)
182 {
183 	BUG_ON(id < 0);
184 	BUG_ON(ptr != DUMMY_PTR);
185 	return 0;
186 }
187 
188 void idr_u32_test1(struct idr *idr, u32 handle)
189 {
190 	static bool warned = false;
191 	u32 id = handle;
192 	int sid = 0;
193 	void *ptr;
194 
195 	BUG_ON(idr_alloc_u32(idr, DUMMY_PTR, &id, id, GFP_KERNEL));
196 	BUG_ON(id != handle);
197 	BUG_ON(idr_alloc_u32(idr, DUMMY_PTR, &id, id, GFP_KERNEL) != -ENOSPC);
198 	BUG_ON(id != handle);
199 	if (!warned && id > INT_MAX)
200 		printk("vvv Ignore these warnings\n");
201 	ptr = idr_get_next(idr, &sid);
202 	if (id > INT_MAX) {
203 		BUG_ON(ptr != NULL);
204 		BUG_ON(sid != 0);
205 	} else {
206 		BUG_ON(ptr != DUMMY_PTR);
207 		BUG_ON(sid != id);
208 	}
209 	idr_for_each(idr, idr_u32_cb, NULL);
210 	if (!warned && id > INT_MAX) {
211 		printk("^^^ Warnings over\n");
212 		warned = true;
213 	}
214 	BUG_ON(idr_remove(idr, id) != DUMMY_PTR);
215 	BUG_ON(!idr_is_empty(idr));
216 }
217 
218 void idr_u32_test(int base)
219 {
220 	DEFINE_IDR(idr);
221 	idr_init_base(&idr, base);
222 	idr_u32_test1(&idr, 10);
223 	idr_u32_test1(&idr, 0x7fffffff);
224 	idr_u32_test1(&idr, 0x80000000);
225 	idr_u32_test1(&idr, 0x80000001);
226 	idr_u32_test1(&idr, 0xffe00000);
227 	idr_u32_test1(&idr, 0xffffffff);
228 }
229 
230 void idr_checks(void)
231 {
232 	unsigned long i;
233 	DEFINE_IDR(idr);
234 
235 	for (i = 0; i < 10000; i++) {
236 		struct item *item = item_create(i, 0);
237 		assert(idr_alloc(&idr, item, 0, 20000, GFP_KERNEL) == i);
238 	}
239 
240 	assert(idr_alloc(&idr, DUMMY_PTR, 5, 30, GFP_KERNEL) < 0);
241 
242 	for (i = 0; i < 5000; i++)
243 		item_idr_remove(&idr, i);
244 
245 	idr_remove(&idr, 3);
246 
247 	idr_for_each(&idr, item_idr_free, &idr);
248 	idr_destroy(&idr);
249 
250 	assert(idr_is_empty(&idr));
251 
252 	idr_remove(&idr, 3);
253 	idr_remove(&idr, 0);
254 
255 	for (i = INT_MAX - 3UL; i < INT_MAX + 1UL; i++) {
256 		struct item *item = item_create(i, 0);
257 		assert(idr_alloc(&idr, item, i, i + 10, GFP_KERNEL) == i);
258 	}
259 	assert(idr_alloc(&idr, DUMMY_PTR, i - 2, i, GFP_KERNEL) == -ENOSPC);
260 	assert(idr_alloc(&idr, DUMMY_PTR, i - 2, i + 10, GFP_KERNEL) == -ENOSPC);
261 
262 	idr_for_each(&idr, item_idr_free, &idr);
263 	idr_destroy(&idr);
264 	idr_destroy(&idr);
265 
266 	assert(idr_is_empty(&idr));
267 
268 	idr_set_cursor(&idr, INT_MAX - 3UL);
269 	for (i = INT_MAX - 3UL; i < INT_MAX + 3UL; i++) {
270 		struct item *item;
271 		unsigned int id;
272 		if (i <= INT_MAX)
273 			item = item_create(i, 0);
274 		else
275 			item = item_create(i - INT_MAX - 1, 0);
276 
277 		id = idr_alloc_cyclic(&idr, item, 0, 0, GFP_KERNEL);
278 		assert(id == item->index);
279 	}
280 
281 	idr_for_each(&idr, item_idr_free, &idr);
282 	idr_destroy(&idr);
283 	assert(idr_is_empty(&idr));
284 
285 	for (i = 1; i < 10000; i++) {
286 		struct item *item = item_create(i, 0);
287 		assert(idr_alloc(&idr, item, 1, 20000, GFP_KERNEL) == i);
288 	}
289 
290 	idr_for_each(&idr, item_idr_free, &idr);
291 	idr_destroy(&idr);
292 
293 	idr_replace_test();
294 	idr_alloc_test();
295 	idr_null_test();
296 	idr_nowait_test();
297 	idr_get_next_test(0);
298 	idr_get_next_test(1);
299 	idr_get_next_test(4);
300 	idr_u32_test(4);
301 	idr_u32_test(1);
302 	idr_u32_test(0);
303 }
304 
305 /*
306  * Check that we get the correct error when we run out of memory doing
307  * allocations.  To ensure we run out of memory, just "forget" to preload.
308  * The first test is for not having a bitmap available, and the second test
309  * is for not being able to allocate a level of the radix tree.
310  */
311 void ida_check_nomem(void)
312 {
313 	DEFINE_IDA(ida);
314 	int id, err;
315 
316 	err = ida_get_new_above(&ida, 256, &id);
317 	assert(err == -EAGAIN);
318 	err = ida_get_new_above(&ida, 1UL << 30, &id);
319 	assert(err == -EAGAIN);
320 }
321 
322 /*
323  * Check what happens when we fill a leaf and then delete it.  This may
324  * discover mishandling of IDR_FREE.
325  */
326 void ida_check_leaf(void)
327 {
328 	DEFINE_IDA(ida);
329 	int id;
330 	unsigned long i;
331 
332 	for (i = 0; i < IDA_BITMAP_BITS; i++) {
333 		assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
334 		assert(!ida_get_new(&ida, &id));
335 		assert(id == i);
336 	}
337 
338 	ida_destroy(&ida);
339 	assert(ida_is_empty(&ida));
340 
341 	assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
342 	assert(!ida_get_new(&ida, &id));
343 	assert(id == 0);
344 	ida_destroy(&ida);
345 	assert(ida_is_empty(&ida));
346 }
347 
348 /*
349  * Check handling of conversions between exceptional entries and full bitmaps.
350  */
351 void ida_check_conv(void)
352 {
353 	DEFINE_IDA(ida);
354 	int id;
355 	unsigned long i;
356 
357 	for (i = 0; i < IDA_BITMAP_BITS * 2; i += IDA_BITMAP_BITS) {
358 		assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
359 		assert(!ida_get_new_above(&ida, i + 1, &id));
360 		assert(id == i + 1);
361 		assert(!ida_get_new_above(&ida, i + BITS_PER_LONG, &id));
362 		assert(id == i + BITS_PER_LONG);
363 		ida_remove(&ida, i + 1);
364 		ida_remove(&ida, i + BITS_PER_LONG);
365 		assert(ida_is_empty(&ida));
366 	}
367 
368 	assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
369 
370 	for (i = 0; i < IDA_BITMAP_BITS * 2; i++) {
371 		assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
372 		assert(!ida_get_new(&ida, &id));
373 		assert(id == i);
374 	}
375 
376 	for (i = IDA_BITMAP_BITS * 2; i > 0; i--) {
377 		ida_remove(&ida, i - 1);
378 	}
379 	assert(ida_is_empty(&ida));
380 
381 	for (i = 0; i < IDA_BITMAP_BITS + BITS_PER_LONG - 4; i++) {
382 		assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
383 		assert(!ida_get_new(&ida, &id));
384 		assert(id == i);
385 	}
386 
387 	for (i = IDA_BITMAP_BITS + BITS_PER_LONG - 4; i > 0; i--) {
388 		ida_remove(&ida, i - 1);
389 	}
390 	assert(ida_is_empty(&ida));
391 
392 	radix_tree_cpu_dead(1);
393 	for (i = 0; i < 1000000; i++) {
394 		int err = ida_get_new(&ida, &id);
395 		if (err == -EAGAIN) {
396 			assert((i % IDA_BITMAP_BITS) == (BITS_PER_LONG - 2));
397 			assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
398 			err = ida_get_new(&ida, &id);
399 		} else {
400 			assert((i % IDA_BITMAP_BITS) != (BITS_PER_LONG - 2));
401 		}
402 		assert(!err);
403 		assert(id == i);
404 	}
405 	ida_destroy(&ida);
406 }
407 
408 /*
409  * Check allocations up to and slightly above the maximum allowed (2^31-1) ID.
410  * Allocating up to 2^31-1 should succeed, and then allocating the next one
411  * should fail.
412  */
413 void ida_check_max(void)
414 {
415 	DEFINE_IDA(ida);
416 	int id, err;
417 	unsigned long i, j;
418 
419 	for (j = 1; j < 65537; j *= 2) {
420 		unsigned long base = (1UL << 31) - j;
421 		for (i = 0; i < j; i++) {
422 			assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
423 			assert(!ida_get_new_above(&ida, base, &id));
424 			assert(id == base + i);
425 		}
426 		assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
427 		err = ida_get_new_above(&ida, base, &id);
428 		assert(err == -ENOSPC);
429 		ida_destroy(&ida);
430 		assert(ida_is_empty(&ida));
431 		rcu_barrier();
432 	}
433 }
434 
435 void ida_check_random(void)
436 {
437 	DEFINE_IDA(ida);
438 	DECLARE_BITMAP(bitmap, 2048);
439 	int id, err;
440 	unsigned int i;
441 	time_t s = time(NULL);
442 
443  repeat:
444 	memset(bitmap, 0, sizeof(bitmap));
445 	for (i = 0; i < 100000; i++) {
446 		int i = rand();
447 		int bit = i & 2047;
448 		if (test_bit(bit, bitmap)) {
449 			__clear_bit(bit, bitmap);
450 			ida_remove(&ida, bit);
451 		} else {
452 			__set_bit(bit, bitmap);
453 			do {
454 				ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL);
455 				err = ida_get_new_above(&ida, bit, &id);
456 			} while (err == -EAGAIN);
457 			assert(!err);
458 			assert(id == bit);
459 		}
460 	}
461 	ida_destroy(&ida);
462 	if (time(NULL) < s + 10)
463 		goto repeat;
464 }
465 
466 void ida_simple_get_remove_test(void)
467 {
468 	DEFINE_IDA(ida);
469 	unsigned long i;
470 
471 	for (i = 0; i < 10000; i++) {
472 		assert(ida_simple_get(&ida, 0, 20000, GFP_KERNEL) == i);
473 	}
474 	assert(ida_simple_get(&ida, 5, 30, GFP_KERNEL) < 0);
475 
476 	for (i = 0; i < 10000; i++) {
477 		ida_simple_remove(&ida, i);
478 	}
479 	assert(ida_is_empty(&ida));
480 
481 	ida_destroy(&ida);
482 }
483 
484 void ida_checks(void)
485 {
486 	DEFINE_IDA(ida);
487 	int id;
488 	unsigned long i;
489 
490 	radix_tree_cpu_dead(1);
491 	ida_check_nomem();
492 
493 	for (i = 0; i < 10000; i++) {
494 		assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
495 		assert(!ida_get_new(&ida, &id));
496 		assert(id == i);
497 	}
498 
499 	ida_remove(&ida, 20);
500 	ida_remove(&ida, 21);
501 	for (i = 0; i < 3; i++) {
502 		assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
503 		assert(!ida_get_new(&ida, &id));
504 		if (i == 2)
505 			assert(id == 10000);
506 	}
507 
508 	for (i = 0; i < 5000; i++)
509 		ida_remove(&ida, i);
510 
511 	assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
512 	assert(!ida_get_new_above(&ida, 5000, &id));
513 	assert(id == 10001);
514 
515 	ida_destroy(&ida);
516 
517 	assert(ida_is_empty(&ida));
518 
519 	assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
520 	assert(!ida_get_new_above(&ida, 1, &id));
521 	assert(id == 1);
522 
523 	ida_remove(&ida, id);
524 	assert(ida_is_empty(&ida));
525 	ida_destroy(&ida);
526 	assert(ida_is_empty(&ida));
527 
528 	assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
529 	assert(!ida_get_new_above(&ida, 1, &id));
530 	ida_destroy(&ida);
531 	assert(ida_is_empty(&ida));
532 
533 	assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
534 	assert(!ida_get_new_above(&ida, 1, &id));
535 	assert(id == 1);
536 	assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
537 	assert(!ida_get_new_above(&ida, 1025, &id));
538 	assert(id == 1025);
539 	assert(ida_pre_get(&ida, GFP_KERNEL));
540 	assert(!ida_get_new_above(&ida, 10000, &id));
541 	assert(id == 10000);
542 	ida_remove(&ida, 1025);
543 	ida_destroy(&ida);
544 	assert(ida_is_empty(&ida));
545 
546 	ida_check_leaf();
547 	ida_check_max();
548 	ida_check_conv();
549 	ida_check_random();
550 	ida_simple_get_remove_test();
551 
552 	radix_tree_cpu_dead(1);
553 }
554 
555 static void *ida_random_fn(void *arg)
556 {
557 	rcu_register_thread();
558 	ida_check_random();
559 	rcu_unregister_thread();
560 	return NULL;
561 }
562 
563 void ida_thread_tests(void)
564 {
565 	pthread_t threads[20];
566 	int i;
567 
568 	for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(threads); i++)
569 		if (pthread_create(&threads[i], NULL, ida_random_fn, NULL)) {
570 			perror("creating ida thread");
571 			exit(1);
572 		}
573 
574 	while (i--)
575 		pthread_join(threads[i], NULL);
576 }
577 
578 int __weak main(void)
579 {
580 	radix_tree_init();
581 	idr_checks();
582 	ida_checks();
583 	ida_thread_tests();
584 	radix_tree_cpu_dead(1);
585 	rcu_barrier();
586 	if (nr_allocated)
587 		printf("nr_allocated = %d\n", nr_allocated);
588 	return 0;
589 }
590