]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - mm/zsmalloc.c
fs/ncpfs/dir.c: remove unnecessary new_valid_dev() check
[karo-tx-linux.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 the first component (0-order) page
20  *      page->index (union with page->freelist): offset of the first object
21  *              starting in this page. For the first page, this is
22  *              always 0, so we use this field (aka freelist) to point
23  *              to the first free object in zspage.
24  *      page->lru: links together all component pages (except the first page)
25  *              of a zspage
26  *
27  *      For _first_ page only:
28  *
29  *      page->private: refers to the component page after the first page
30  *              If the page is first_page for huge object, it stores handle.
31  *              Look at size_class->huge.
32  *      page->freelist: points to the first free object in zspage.
33  *              Free objects are linked together using in-place
34  *              metadata.
35  *      page->objects: maximum number of objects we can store in this
36  *              zspage (class->zspage_order * PAGE_SIZE / class->size)
37  *      page->lru: links together first pages of various zspages.
38  *              Basically forming list of zspages in a fullness group.
39  *      page->mapping: class index and fullness group of the zspage
40  *      page->inuse: the number of objects that are used in this zspage
41  *
42  * Usage of struct page flags:
43  *      PG_private: identifies the first component page
44  *      PG_private2: identifies the last component page
45  *
46  */
47
48 #include <linux/module.h>
49 #include <linux/kernel.h>
50 #include <linux/sched.h>
51 #include <linux/bitops.h>
52 #include <linux/errno.h>
53 #include <linux/highmem.h>
54 #include <linux/string.h>
55 #include <linux/slab.h>
56 #include <asm/tlbflush.h>
57 #include <asm/pgtable.h>
58 #include <linux/cpumask.h>
59 #include <linux/cpu.h>
60 #include <linux/vmalloc.h>
61 #include <linux/preempt.h>
62 #include <linux/spinlock.h>
63 #include <linux/types.h>
64 #include <linux/debugfs.h>
65 #include <linux/zsmalloc.h>
66 #include <linux/zpool.h>
67
68 /*
69  * This must be power of 2 and greater than of 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 /*
77  * A single 'zspage' is composed of up to 2^N discontiguous 0-order (single)
78  * pages. ZS_MAX_ZSPAGE_ORDER defines upper limit on N.
79  */
80 #define ZS_MAX_ZSPAGE_ORDER 2
81 #define ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE (_AC(1, UL) << ZS_MAX_ZSPAGE_ORDER)
82
83 #define ZS_HANDLE_SIZE (sizeof(unsigned long))
84
85 /*
86  * Object location (<PFN>, <obj_idx>) is encoded as
87  * as single (unsigned long) handle value.
88  *
89  * Note that object index <obj_idx> is relative to system
90  * page <PFN> it is stored in, so for each sub-page belonging
91  * to a zspage, obj_idx starts with 0.
92  *
93  * This is made more complicated by various memory models and PAE.
94  */
95
96 #ifndef MAX_PHYSMEM_BITS
97 #ifdef CONFIG_HIGHMEM64G
98 #define MAX_PHYSMEM_BITS 36
99 #else /* !CONFIG_HIGHMEM64G */
100 /*
101  * If this definition of MAX_PHYSMEM_BITS is used, OBJ_INDEX_BITS will just
102  * be PAGE_SHIFT
103  */
104 #define MAX_PHYSMEM_BITS BITS_PER_LONG
105 #endif
106 #endif
107 #define _PFN_BITS               (MAX_PHYSMEM_BITS - PAGE_SHIFT)
108
109 /*
110  * Memory for allocating for handle keeps object position by
111  * encoding <page, obj_idx> and the encoded value has a room
112  * in least bit(ie, look at obj_to_location).
113  * We use the bit to synchronize between object access by
114  * user and migration.
115  */
116 #define HANDLE_PIN_BIT  0
117
118 /*
119  * Head in allocated object should have OBJ_ALLOCATED_TAG
120  * to identify the object was allocated or not.
121  * It's okay to add the status bit in the least bit because
122  * header keeps handle which is 4byte-aligned address so we
123  * have room for two bit at least.
124  */
125 #define OBJ_ALLOCATED_TAG 1
126 #define OBJ_TAG_BITS 1
127 #define OBJ_INDEX_BITS  (BITS_PER_LONG - _PFN_BITS - OBJ_TAG_BITS)
128 #define OBJ_INDEX_MASK  ((_AC(1, UL) << OBJ_INDEX_BITS) - 1)
129
130 #define MAX(a, b) ((a) >= (b) ? (a) : (b))
131 /* ZS_MIN_ALLOC_SIZE must be multiple of ZS_ALIGN */
132 #define ZS_MIN_ALLOC_SIZE \
133         MAX(32, (ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE << PAGE_SHIFT >> OBJ_INDEX_BITS))
134 /* each chunk includes extra space to keep handle */
135 #define ZS_MAX_ALLOC_SIZE       PAGE_SIZE
136
137 /*
138  * On systems with 4K page size, this gives 255 size classes! There is a
139  * trader-off here:
140  *  - Large number of size classes is potentially wasteful as free page are
141  *    spread across these classes
142  *  - Small number of size classes causes large internal fragmentation
143  *  - Probably its better to use specific size classes (empirically
144  *    determined). NOTE: all those class sizes must be set as multiple of
145  *    ZS_ALIGN to make sure link_free itself never has to span 2 pages.
146  *
147  *  ZS_MIN_ALLOC_SIZE and ZS_SIZE_CLASS_DELTA must be multiple of ZS_ALIGN
148  *  (reason above)
149  */
150 #define ZS_SIZE_CLASS_DELTA     (PAGE_SIZE >> 8)
151
152 /*
153  * We do not maintain any list for completely empty or full pages
154  */
155 enum fullness_group {
156         ZS_ALMOST_FULL,
157         ZS_ALMOST_EMPTY,
158         _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS,
159
160         ZS_EMPTY,
161         ZS_FULL
162 };
163
164 enum zs_stat_type {
165         OBJ_ALLOCATED,
166         OBJ_USED,
167         CLASS_ALMOST_FULL,
168         CLASS_ALMOST_EMPTY,
169 };
170
171 #ifdef CONFIG_ZSMALLOC_STAT
172 #define NR_ZS_STAT_TYPE (CLASS_ALMOST_EMPTY + 1)
173 #else
174 #define NR_ZS_STAT_TYPE (OBJ_USED + 1)
175 #endif
176
177 struct zs_size_stat {
178         unsigned long objs[NR_ZS_STAT_TYPE];
179 };
180
181 #ifdef CONFIG_ZSMALLOC_STAT
182 static struct dentry *zs_stat_root;
183 #endif
184
185 /*
186  * number of size_classes
187  */
188 static int zs_size_classes;
189
190 /*
191  * We assign a page to ZS_ALMOST_EMPTY fullness group when:
192  *      n <= N / f, where
193  * n = number of allocated objects
194  * N = total number of objects zspage can store
195  * f = fullness_threshold_frac
196  *
197  * Similarly, we assign zspage to:
198  *      ZS_ALMOST_FULL  when n > N / f
199  *      ZS_EMPTY        when n == 0
200  *      ZS_FULL         when n == N
201  *
202  * (see: fix_fullness_group())
203  */
204 static const int fullness_threshold_frac = 4;
205
206 struct size_class {
207         spinlock_t lock;
208         struct page *fullness_list[_ZS_NR_FULLNESS_GROUPS];
209         /*
210          * Size of objects stored in this class. Must be multiple
211          * of ZS_ALIGN.
212          */
213         int size;
214         unsigned int index;
215
216         /* Number of PAGE_SIZE sized pages to combine to form a 'zspage' */
217         int pages_per_zspage;
218         struct zs_size_stat stats;
219
220         /* huge object: pages_per_zspage == 1 && maxobj_per_zspage == 1 */
221         bool huge;
222 };
223
224 /*
225  * Placed within free objects to form a singly linked list.
226  * For every zspage, first_page->freelist gives head of this list.
227  *
228  * This must be power of 2 and less than or equal to ZS_ALIGN
229  */
230 struct link_free {
231         union {
232                 /*
233                  * Position of next free chunk (encodes <PFN, obj_idx>)
234                  * It's valid for non-allocated object
235                  */
236                 void *next;
237                 /*
238                  * Handle of allocated object.
239                  */
240                 unsigned long handle;
241         };
242 };
243
244 struct zs_pool {
245         const char *name;
246
247         struct size_class **size_class;
248         struct kmem_cache *handle_cachep;
249
250         gfp_t flags;    /* allocation flags used when growing pool */
251         atomic_long_t pages_allocated;
252
253         struct zs_pool_stats stats;
254
255         /* Compact classes */
256         struct shrinker shrinker;
257         /*
258          * To signify that register_shrinker() was successful
259          * and unregister_shrinker() will not Oops.
260          */
261         bool shrinker_enabled;
262 #ifdef CONFIG_ZSMALLOC_STAT
263         struct dentry *stat_dentry;
264 #endif
265 };
266
267 /*
268  * A zspage's class index and fullness group
269  * are encoded in its (first)page->mapping
270  */
271 #define CLASS_IDX_BITS  28
272 #define FULLNESS_BITS   4
273 #define CLASS_IDX_MASK  ((1 << CLASS_IDX_BITS) - 1)
274 #define FULLNESS_MASK   ((1 << FULLNESS_BITS) - 1)
275
276 struct mapping_area {
277 #ifdef CONFIG_PGTABLE_MAPPING
278         struct vm_struct *vm; /* vm area for mapping object that span pages */
279 #else
280         char *vm_buf; /* copy buffer for objects that span pages */
281 #endif
282         char *vm_addr; /* address of kmap_atomic()'ed pages */
283         enum zs_mapmode vm_mm; /* mapping mode */
284         bool huge;
285 };
286
287 static int create_handle_cache(struct zs_pool *pool)
288 {
289         pool->handle_cachep = kmem_cache_create("zs_handle", ZS_HANDLE_SIZE,
290                                         0, 0, NULL);
291         return pool->handle_cachep ? 0 : 1;
292 }
293
294 static void destroy_handle_cache(struct zs_pool *pool)
295 {
296         kmem_cache_destroy(pool->handle_cachep);
297 }
298
299 static unsigned long alloc_handle(struct zs_pool *pool)
300 {
301         return (unsigned long)kmem_cache_alloc(pool->handle_cachep,
302                 pool->flags & ~__GFP_HIGHMEM);
303 }
304
305 static void free_handle(struct zs_pool *pool, unsigned long handle)
306 {
307         kmem_cache_free(pool->handle_cachep, (void *)handle);
308 }
309
310 static void record_obj(unsigned long handle, unsigned long obj)
311 {
312         *(unsigned long *)handle = obj;
313 }
314
315 /* zpool driver */
316
317 #ifdef CONFIG_ZPOOL
318
319 static void *zs_zpool_create(const char *name, gfp_t gfp,
320                              const struct zpool_ops *zpool_ops,
321                              struct zpool *zpool)
322 {
323         return zs_create_pool(name, gfp);
324 }
325
326 static void zs_zpool_destroy(void *pool)
327 {
328         zs_destroy_pool(pool);
329 }
330
331 static int zs_zpool_malloc(void *pool, size_t size, gfp_t gfp,
332                         unsigned long *handle)
333 {
334         *handle = zs_malloc(pool, size);
335         return *handle ? 0 : -1;
336 }
337 static void zs_zpool_free(void *pool, unsigned long handle)
338 {
339         zs_free(pool, handle);
340 }
341
342 static int zs_zpool_shrink(void *pool, unsigned int pages,
343                         unsigned int *reclaimed)
344 {
345         return -EINVAL;
346 }
347
348 static void *zs_zpool_map(void *pool, unsigned long handle,
349                         enum zpool_mapmode mm)
350 {
351         enum zs_mapmode zs_mm;
352
353         switch (mm) {
354         case ZPOOL_MM_RO:
355                 zs_mm = ZS_MM_RO;
356                 break;
357         case ZPOOL_MM_WO:
358                 zs_mm = ZS_MM_WO;
359                 break;
360         case ZPOOL_MM_RW: /* fallthru */
361         default:
362                 zs_mm = ZS_MM_RW;
363                 break;
364         }
365
366         return zs_map_object(pool, handle, zs_mm);
367 }
368 static void zs_zpool_unmap(void *pool, unsigned long handle)
369 {
370         zs_unmap_object(pool, handle);
371 }
372
373 static u64 zs_zpool_total_size(void *pool)
374 {
375         return zs_get_total_pages(pool) << PAGE_SHIFT;
376 }
377
378 static struct zpool_driver zs_zpool_driver = {
379         .type =         "zsmalloc",
380         .owner =        THIS_MODULE,
381         .create =       zs_zpool_create,
382         .destroy =      zs_zpool_destroy,
383         .malloc =       zs_zpool_malloc,
384         .free =         zs_zpool_free,
385         .shrink =       zs_zpool_shrink,
386         .map =          zs_zpool_map,
387         .unmap =        zs_zpool_unmap,
388         .total_size =   zs_zpool_total_size,
389 };
390
391 MODULE_ALIAS("zpool-zsmalloc");
392 #endif /* CONFIG_ZPOOL */
393
394 static unsigned int get_maxobj_per_zspage(int size, int pages_per_zspage)
395 {
396         return pages_per_zspage * PAGE_SIZE / size;
397 }
398
399 /* per-cpu VM mapping areas for zspage accesses that cross page boundaries */
400 static DEFINE_PER_CPU(struct mapping_area, zs_map_area);
401
402 static int is_first_page(struct page *page)
403 {
404         return PagePrivate(page);
405 }
406
407 static int is_last_page(struct page *page)
408 {
409         return PagePrivate2(page);
410 }
411
412 static void get_zspage_mapping(struct page *page, unsigned int *class_idx,
413                                 enum fullness_group *fullness)
414 {
415         unsigned long m;
416         BUG_ON(!is_first_page(page));
417
418         m = (unsigned long)page->mapping;
419         *fullness = m & FULLNESS_MASK;
420         *class_idx = (m >> FULLNESS_BITS) & CLASS_IDX_MASK;
421 }
422
423 static void set_zspage_mapping(struct page *page, unsigned int class_idx,
424                                 enum fullness_group fullness)
425 {
426         unsigned long m;
427         BUG_ON(!is_first_page(page));
428
429         m = ((class_idx & CLASS_IDX_MASK) << FULLNESS_BITS) |
430                         (fullness & FULLNESS_MASK);
431         page->mapping = (struct address_space *)m;
432 }
433
434 /*
435  * zsmalloc divides the pool into various size classes where each
436  * class maintains a list of zspages where each zspage is divided
437  * into equal sized chunks. Each allocation falls into one of these
438  * classes depending on its size. This function returns index of the
439  * size class which has chunk size big enough to hold the give size.
440  */
441 static int get_size_class_index(int size)
442 {
443         int idx = 0;
444
445         if (likely(size > ZS_MIN_ALLOC_SIZE))
446                 idx = DIV_ROUND_UP(size - ZS_MIN_ALLOC_SIZE,
447                                 ZS_SIZE_CLASS_DELTA);
448
449         return min(zs_size_classes - 1, idx);
450 }
451
452 static inline void zs_stat_inc(struct size_class *class,
453                                 enum zs_stat_type type, unsigned long cnt)
454 {
455         if (type < NR_ZS_STAT_TYPE)
456                 class->stats.objs[type] += cnt;
457 }
458
459 static inline void zs_stat_dec(struct size_class *class,
460                                 enum zs_stat_type type, unsigned long cnt)
461 {
462         if (type < NR_ZS_STAT_TYPE)
463                 class->stats.objs[type] -= cnt;
464 }
465
466 static inline unsigned long zs_stat_get(struct size_class *class,
467                                 enum zs_stat_type type)
468 {
469         if (type < NR_ZS_STAT_TYPE)
470                 return class->stats.objs[type];
471         return 0;
472 }
473
474 #ifdef CONFIG_ZSMALLOC_STAT
475
476 static int __init zs_stat_init(void)
477 {
478         if (!debugfs_initialized())
479                 return -ENODEV;
480
481         zs_stat_root = debugfs_create_dir("zsmalloc", NULL);
482         if (!zs_stat_root)
483                 return -ENOMEM;
484
485         return 0;
486 }
487
488 static void __exit zs_stat_exit(void)
489 {
490         debugfs_remove_recursive(zs_stat_root);
491 }
492
493 static int zs_stats_size_show(struct seq_file *s, void *v)
494 {
495         int i;
496         struct zs_pool *pool = s->private;
497         struct size_class *class;
498         int objs_per_zspage;
499         unsigned long class_almost_full, class_almost_empty;
500         unsigned long obj_allocated, obj_used, pages_used;
501         unsigned long total_class_almost_full = 0, total_class_almost_empty = 0;
502         unsigned long total_objs = 0, total_used_objs = 0, total_pages = 0;
503
504         seq_printf(s, " %5s %5s %11s %12s %13s %10s %10s %16s\n",
505                         "class", "size", "almost_full", "almost_empty",
506                         "obj_allocated", "obj_used", "pages_used",
507                         "pages_per_zspage");
508
509         for (i = 0; i < zs_size_classes; i++) {
510                 class = pool->size_class[i];
511
512                 if (class->index != i)
513                         continue;
514
515                 spin_lock(&class->lock);
516                 class_almost_full = zs_stat_get(class, CLASS_ALMOST_FULL);
517                 class_almost_empty = zs_stat_get(class, CLASS_ALMOST_EMPTY);
518                 obj_allocated = zs_stat_get(class, OBJ_ALLOCATED);
519                 obj_used = zs_stat_get(class, OBJ_USED);
520                 spin_unlock(&class->lock);
521
522                 objs_per_zspage = get_maxobj_per_zspage(class->size,
523                                 class->pages_per_zspage);
524                 pages_used = obj_allocated / objs_per_zspage *
525                                 class->pages_per_zspage;
526
527                 seq_printf(s, " %5u %5u %11lu %12lu %13lu %10lu %10lu %16d\n",
528                         i, class->size, class_almost_full, class_almost_empty,
529                         obj_allocated, obj_used, pages_used,
530                         class->pages_per_zspage);
531
532                 total_class_almost_full += class_almost_full;
533                 total_class_almost_empty += class_almost_empty;
534                 total_objs += obj_allocated;
535                 total_used_objs += obj_used;
536                 total_pages += pages_used;
537         }
538
539         seq_puts(s, "\n");
540         seq_printf(s, " %5s %5s %11lu %12lu %13lu %10lu %10lu\n",
541                         "Total", "", total_class_almost_full,
542                         total_class_almost_empty, total_objs,
543                         total_used_objs, total_pages);
544
545         return 0;
546 }
547
548 static int zs_stats_size_open(struct inode *inode, struct file *file)
549 {
550         return single_open(file, zs_stats_size_show, inode->i_private);
551 }
552
553 static const struct file_operations zs_stat_size_ops = {
554         .open           = zs_stats_size_open,
555         .read           = seq_read,
556         .llseek         = seq_lseek,
557         .release        = single_release,
558 };
559
560 static int zs_pool_stat_create(const char *name, struct zs_pool *pool)
561 {
562         struct dentry *entry;
563
564         if (!zs_stat_root)
565                 return -ENODEV;
566
567         entry = debugfs_create_dir(name, zs_stat_root);
568         if (!entry) {
569                 pr_warn("debugfs dir <%s> creation failed\n", name);
570                 return -ENOMEM;
571         }
572         pool->stat_dentry = entry;
573
574         entry = debugfs_create_file("classes", S_IFREG | S_IRUGO,
575                         pool->stat_dentry, pool, &zs_stat_size_ops);
576         if (!entry) {
577                 pr_warn("%s: debugfs file entry <%s> creation failed\n",
578                                 name, "classes");
579                 return -ENOMEM;
580         }
581
582         return 0;
583 }
584
585 static void zs_pool_stat_destroy(struct zs_pool *pool)
586 {
587         debugfs_remove_recursive(pool->stat_dentry);
588 }
589
590 #else /* CONFIG_ZSMALLOC_STAT */
591 static int __init zs_stat_init(void)
592 {
593         return 0;
594 }
595
596 static void __exit zs_stat_exit(void)
597 {
598 }
599
600 static inline int zs_pool_stat_create(const char *name, struct zs_pool *pool)
601 {
602         return 0;
603 }
604
605 static inline void zs_pool_stat_destroy(struct zs_pool *pool)
606 {
607 }
608 #endif
609
610
611 /*
612  * For each size class, zspages are divided into different groups
613  * depending on how "full" they are. This was done so that we could
614  * easily find empty or nearly empty zspages when we try to shrink
615  * the pool (not yet implemented). This function returns fullness
616  * status of the given page.
617  */
618 static enum fullness_group get_fullness_group(struct page *page)
619 {
620         int inuse, max_objects;
621         enum fullness_group fg;
622         BUG_ON(!is_first_page(page));
623
624         inuse = page->inuse;
625         max_objects = page->objects;
626
627         if (inuse == 0)
628                 fg = ZS_EMPTY;
629         else if (inuse == max_objects)
630                 fg = ZS_FULL;
631         else if (inuse <= 3 * max_objects / fullness_threshold_frac)
632                 fg = ZS_ALMOST_EMPTY;
633         else
634                 fg = ZS_ALMOST_FULL;
635
636         return fg;
637 }
638
639 /*
640  * Each size class maintains various freelists and zspages are assigned
641  * to one of these freelists based on the number of live objects they
642  * have. This functions inserts the given zspage into the freelist
643  * identified by <class, fullness_group>.
644  */
645 static void insert_zspage(struct page *page, struct size_class *class,
646                                 enum fullness_group fullness)
647 {
648         struct page **head;
649
650         BUG_ON(!is_first_page(page));
651
652         if (fullness >= _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS)
653                 return;
654
655         zs_stat_inc(class, fullness == ZS_ALMOST_EMPTY ?
656                         CLASS_ALMOST_EMPTY : CLASS_ALMOST_FULL, 1);
657
658         head = &class->fullness_list[fullness];
659         if (!*head) {
660                 *head = page;
661                 return;
662         }
663
664         /*
665          * We want to see more ZS_FULL pages and less almost
666          * empty/full. Put pages with higher ->inuse first.
667          */
668         list_add_tail(&page->lru, &(*head)->lru);
669         if (page->inuse >= (*head)->inuse)
670                 *head = page;
671 }
672
673 /*
674  * This function removes the given zspage from the freelist identified
675  * by <class, fullness_group>.
676  */
677 static void remove_zspage(struct page *page, struct size_class *class,
678                                 enum fullness_group fullness)
679 {
680         struct page **head;
681
682         BUG_ON(!is_first_page(page));
683
684         if (fullness >= _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS)
685                 return;
686
687         head = &class->fullness_list[fullness];
688         BUG_ON(!*head);
689         if (list_empty(&(*head)->lru))
690                 *head = NULL;
691         else if (*head == page)
692                 *head = (struct page *)list_entry((*head)->lru.next,
693                                         struct page, lru);
694
695         list_del_init(&page->lru);
696         zs_stat_dec(class, fullness == ZS_ALMOST_EMPTY ?
697                         CLASS_ALMOST_EMPTY : CLASS_ALMOST_FULL, 1);
698 }
699
700 /*
701  * Each size class maintains zspages in different fullness groups depending
702  * on the number of live objects they contain. When allocating or freeing
703  * objects, the fullness status of the page can change, say, from ALMOST_FULL
704  * to ALMOST_EMPTY when freeing an object. This function checks if such
705  * a status change has occurred for the given page and accordingly moves the
706  * page from the freelist of the old fullness group to that of the new
707  * fullness group.
708  */
709 static enum fullness_group fix_fullness_group(struct size_class *class,
710                                                 struct page *page)
711 {
712         int class_idx;
713         enum fullness_group currfg, newfg;
714
715         BUG_ON(!is_first_page(page));
716
717         get_zspage_mapping(page, &class_idx, &currfg);
718         newfg = get_fullness_group(page);
719         if (newfg == currfg)
720                 goto out;
721
722         remove_zspage(page, class, currfg);
723         insert_zspage(page, class, newfg);
724         set_zspage_mapping(page, class_idx, newfg);
725
726 out:
727         return newfg;
728 }
729
730 /*
731  * We have to decide on how many pages to link together
732  * to form a zspage for each size class. This is important
733  * to reduce wastage due to unusable space left at end of
734  * each zspage which is given as:
735  *     wastage = Zp % class_size
736  *     usage = Zp - wastage
737  * where Zp = zspage size = k * PAGE_SIZE where k = 1, 2, ...
738  *
739  * For example, for size class of 3/8 * PAGE_SIZE, we should
740  * link together 3 PAGE_SIZE sized pages to form a zspage
741  * since then we can perfectly fit in 8 such objects.
742  */
743 static int get_pages_per_zspage(int class_size)
744 {
745         int i, max_usedpc = 0;
746         /* zspage order which gives maximum used size per KB */
747         int max_usedpc_order = 1;
748
749         for (i = 1; i <= ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE; i++) {
750                 int zspage_size;
751                 int waste, usedpc;
752
753                 zspage_size = i * PAGE_SIZE;
754                 waste = zspage_size % class_size;
755                 usedpc = (zspage_size - waste) * 100 / zspage_size;
756
757                 if (usedpc > max_usedpc) {
758                         max_usedpc = usedpc;
759                         max_usedpc_order = i;
760                 }
761         }
762
763         return max_usedpc_order;
764 }
765
766 /*
767  * A single 'zspage' is composed of many system pages which are
768  * linked together using fields in struct page. This function finds
769  * the first/head page, given any component page of a zspage.
770  */
771 static struct page *get_first_page(struct page *page)
772 {
773         if (is_first_page(page))
774                 return page;
775         else
776                 return (struct page *)page_private(page);
777 }
778
779 static struct page *get_next_page(struct page *page)
780 {
781         struct page *next;
782
783         if (is_last_page(page))
784                 next = NULL;
785         else if (is_first_page(page))
786                 next = (struct page *)page_private(page);
787         else
788                 next = list_entry(page->lru.next, struct page, lru);
789
790         return next;
791 }
792
793 /*
794  * Encode <page, obj_idx> as a single handle value.
795  * We use the least bit of handle for tagging.
796  */
797 static void *location_to_obj(struct page *page, unsigned long obj_idx)
798 {
799         unsigned long obj;
800
801         if (!page) {
802                 BUG_ON(obj_idx);
803                 return NULL;
804         }
805
806         obj = page_to_pfn(page) << OBJ_INDEX_BITS;
807         obj |= ((obj_idx) & OBJ_INDEX_MASK);
808         obj <<= OBJ_TAG_BITS;
809
810         return (void *)obj;
811 }
812
813 /*
814  * Decode <page, obj_idx> pair from the given object handle. We adjust the
815  * decoded obj_idx back to its original value since it was adjusted in
816  * location_to_obj().
817  */
818 static void obj_to_location(unsigned long obj, struct page **page,
819                                 unsigned long *obj_idx)
820 {
821         obj >>= OBJ_TAG_BITS;
822         *page = pfn_to_page(obj >> OBJ_INDEX_BITS);
823         *obj_idx = (obj & OBJ_INDEX_MASK);
824 }
825
826 static unsigned long handle_to_obj(unsigned long handle)
827 {
828         return *(unsigned long *)handle;
829 }
830
831 static unsigned long obj_to_head(struct size_class *class, struct page *page,
832                         void *obj)
833 {
834         if (class->huge) {
835                 VM_BUG_ON(!is_first_page(page));
836                 return page_private(page);
837         } else
838                 return *(unsigned long *)obj;
839 }
840
841 static unsigned long obj_idx_to_offset(struct page *page,
842                                 unsigned long obj_idx, int class_size)
843 {
844         unsigned long off = 0;
845
846         if (!is_first_page(page))
847                 off = page->index;
848
849         return off + obj_idx * class_size;
850 }
851
852 static inline int trypin_tag(unsigned long handle)
853 {
854         unsigned long *ptr = (unsigned long *)handle;
855
856         return !test_and_set_bit_lock(HANDLE_PIN_BIT, ptr);
857 }
858
859 static void pin_tag(unsigned long handle)
860 {
861         while (!trypin_tag(handle));
862 }
863
864 static void unpin_tag(unsigned long handle)
865 {
866         unsigned long *ptr = (unsigned long *)handle;
867
868         clear_bit_unlock(HANDLE_PIN_BIT, ptr);
869 }
870
871 static void reset_page(struct page *page)
872 {
873         clear_bit(PG_private, &page->flags);
874         clear_bit(PG_private_2, &page->flags);
875         set_page_private(page, 0);
876         page->mapping = NULL;
877         page->freelist = NULL;
878         page_mapcount_reset(page);
879 }
880
881 static void free_zspage(struct page *first_page)
882 {
883         struct page *nextp, *tmp, *head_extra;
884
885         BUG_ON(!is_first_page(first_page));
886         BUG_ON(first_page->inuse);
887
888         head_extra = (struct page *)page_private(first_page);
889
890         reset_page(first_page);
891         __free_page(first_page);
892
893         /* zspage with only 1 system page */
894         if (!head_extra)
895                 return;
896
897         list_for_each_entry_safe(nextp, tmp, &head_extra->lru, lru) {
898                 list_del(&nextp->lru);
899                 reset_page(nextp);
900                 __free_page(nextp);
901         }
902         reset_page(head_extra);
903         __free_page(head_extra);
904 }
905
906 /* Initialize a newly allocated zspage */
907 static void init_zspage(struct page *first_page, struct size_class *class)
908 {
909         unsigned long off = 0;
910         struct page *page = first_page;
911
912         BUG_ON(!is_first_page(first_page));
913         while (page) {
914                 struct page *next_page;
915                 struct link_free *link;
916                 unsigned int i = 1;
917                 void *vaddr;
918
919                 /*
920                  * page->index stores offset of first object starting
921                  * in the page. For the first page, this is always 0,
922                  * so we use first_page->index (aka ->freelist) to store
923                  * head of corresponding zspage's freelist.
924                  */
925                 if (page != first_page)
926                         page->index = off;
927
928                 vaddr = kmap_atomic(page);
929                 link = (struct link_free *)vaddr + off / sizeof(*link);
930
931                 while ((off += class->size) < PAGE_SIZE) {
932                         link->next = location_to_obj(page, i++);
933                         link += class->size / sizeof(*link);
934                 }
935
936                 /*
937                  * We now come to the last (full or partial) object on this
938                  * page, which must point to the first object on the next
939                  * page (if present)
940                  */
941                 next_page = get_next_page(page);
942                 link->next = location_to_obj(next_page, 0);
943                 kunmap_atomic(vaddr);
944                 page = next_page;
945                 off %= PAGE_SIZE;
946         }
947 }
948
949 /*
950  * Allocate a zspage for the given size class
951  */
952 static struct page *alloc_zspage(struct size_class *class, gfp_t flags)
953 {
954         int i, error;
955         struct page *first_page = NULL, *uninitialized_var(prev_page);
956
957         /*
958          * Allocate individual pages and link them together as:
959          * 1. first page->private = first sub-page
960          * 2. all sub-pages are linked together using page->lru
961          * 3. each sub-page is linked to the first page using page->private
962          *
963          * For each size class, First/Head pages are linked together using
964          * page->lru. Also, we set PG_private to identify the first page
965          * (i.e. no other sub-page has this flag set) and PG_private_2 to
966          * identify the last page.
967          */
968         error = -ENOMEM;
969         for (i = 0; i < class->pages_per_zspage; i++) {
970                 struct page *page;
971
972                 page = alloc_page(flags);
973                 if (!page)
974                         goto cleanup;
975
976                 INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
977                 if (i == 0) {   /* first page */
978                         SetPagePrivate(page);
979                         set_page_private(page, 0);
980                         first_page = page;
981                         first_page->inuse = 0;
982                 }
983                 if (i == 1)
984                         set_page_private(first_page, (unsigned long)page);
985                 if (i >= 1)
986                         set_page_private(page, (unsigned long)first_page);
987                 if (i >= 2)
988                         list_add(&page->lru, &prev_page->lru);
989                 if (i == class->pages_per_zspage - 1)   /* last page */
990                         SetPagePrivate2(page);
991                 prev_page = page;
992         }
993
994         init_zspage(first_page, class);
995
996         first_page->freelist = location_to_obj(first_page, 0);
997         /* Maximum number of objects we can store in this zspage */
998         first_page->objects = class->pages_per_zspage * PAGE_SIZE / class->size;
999
1000         error = 0; /* Success */
1001
1002 cleanup:
1003         if (unlikely(error) && first_page) {
1004                 free_zspage(first_page);
1005                 first_page = NULL;
1006         }
1007
1008         return first_page;
1009 }
1010
1011 static struct page *find_get_zspage(struct size_class *class)
1012 {
1013         int i;
1014         struct page *page;
1015
1016         for (i = 0; i < _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS; i++) {
1017                 page = class->fullness_list[i];
1018                 if (page)
1019                         break;
1020         }
1021
1022         return page;
1023 }
1024
1025 #ifdef CONFIG_PGTABLE_MAPPING
1026 static inline int __zs_cpu_up(struct mapping_area *area)
1027 {
1028         /*
1029          * Make sure we don't leak memory if a cpu UP notification
1030          * and zs_init() race and both call zs_cpu_up() on the same cpu
1031          */
1032         if (area->vm)
1033                 return 0;
1034         area->vm = alloc_vm_area(PAGE_SIZE * 2, NULL);
1035         if (!area->vm)
1036                 return -ENOMEM;
1037         return 0;
1038 }
1039
1040 static inline void __zs_cpu_down(struct mapping_area *area)
1041 {
1042         if (area->vm)
1043                 free_vm_area(area->vm);
1044         area->vm = NULL;
1045 }
1046
1047 static inline void *__zs_map_object(struct mapping_area *area,
1048                                 struct page *pages[2], int off, int size)
1049 {
1050         BUG_ON(map_vm_area(area->vm, PAGE_KERNEL, pages));
1051         area->vm_addr = area->vm->addr;
1052         return area->vm_addr + off;
1053 }
1054
1055 static inline void __zs_unmap_object(struct mapping_area *area,
1056                                 struct page *pages[2], int off, int size)
1057 {
1058         unsigned long addr = (unsigned long)area->vm_addr;
1059
1060         unmap_kernel_range(addr, PAGE_SIZE * 2);
1061 }
1062
1063 #else /* CONFIG_PGTABLE_MAPPING */
1064
1065 static inline int __zs_cpu_up(struct mapping_area *area)
1066 {
1067         /*
1068          * Make sure we don't leak memory if a cpu UP notification
1069          * and zs_init() race and both call zs_cpu_up() on the same cpu
1070          */
1071         if (area->vm_buf)
1072                 return 0;
1073         area->vm_buf = kmalloc(ZS_MAX_ALLOC_SIZE, GFP_KERNEL);
1074         if (!area->vm_buf)
1075                 return -ENOMEM;
1076         return 0;
1077 }
1078
1079 static inline void __zs_cpu_down(struct mapping_area *area)
1080 {
1081         kfree(area->vm_buf);
1082         area->vm_buf = NULL;
1083 }
1084
1085 static void *__zs_map_object(struct mapping_area *area,
1086                         struct page *pages[2], int off, int size)
1087 {
1088         int sizes[2];
1089         void *addr;
1090         char *buf = area->vm_buf;
1091
1092         /* disable page faults to match kmap_atomic() return conditions */
1093         pagefault_disable();
1094
1095         /* no read fastpath */
1096         if (area->vm_mm == ZS_MM_WO)
1097                 goto out;
1098
1099         sizes[0] = PAGE_SIZE - off;
1100         sizes[1] = size - sizes[0];
1101
1102         /* copy object to per-cpu buffer */
1103         addr = kmap_atomic(pages[0]);
1104         memcpy(buf, addr + off, sizes[0]);
1105         kunmap_atomic(addr);
1106         addr = kmap_atomic(pages[1]);
1107         memcpy(buf + sizes[0], addr, sizes[1]);
1108         kunmap_atomic(addr);
1109 out:
1110         return area->vm_buf;
1111 }
1112
1113 static void __zs_unmap_object(struct mapping_area *area,
1114                         struct page *pages[2], int off, int size)
1115 {
1116         int sizes[2];
1117         void *addr;
1118         char *buf;
1119
1120         /* no write fastpath */
1121         if (area->vm_mm == ZS_MM_RO)
1122                 goto out;
1123
1124         buf = area->vm_buf;
1125         if (!area->huge) {
1126                 buf = buf + ZS_HANDLE_SIZE;
1127                 size -= ZS_HANDLE_SIZE;
1128                 off += ZS_HANDLE_SIZE;
1129         }
1130
1131         sizes[0] = PAGE_SIZE - off;
1132         sizes[1] = size - sizes[0];
1133
1134         /* copy per-cpu buffer to object */
1135         addr = kmap_atomic(pages[0]);
1136         memcpy(addr + off, buf, sizes[0]);
1137         kunmap_atomic(addr);
1138         addr = kmap_atomic(pages[1]);
1139         memcpy(addr, buf + sizes[0], sizes[1]);
1140         kunmap_atomic(addr);
1141
1142 out:
1143         /* enable page faults to match kunmap_atomic() return conditions */
1144         pagefault_enable();
1145 }
1146
1147 #endif /* CONFIG_PGTABLE_MAPPING */
1148
1149 static int zs_cpu_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long action,
1150                                 void *pcpu)
1151 {
1152         int ret, cpu = (long)pcpu;
1153         struct mapping_area *area;
1154
1155         switch (action) {
1156         case CPU_UP_PREPARE:
1157                 area = &per_cpu(zs_map_area, cpu);
1158                 ret = __zs_cpu_up(area);
1159                 if (ret)
1160                         return notifier_from_errno(ret);
1161                 break;
1162         case CPU_DEAD:
1163         case CPU_UP_CANCELED:
1164                 area = &per_cpu(zs_map_area, cpu);
1165                 __zs_cpu_down(area);
1166                 break;
1167         }
1168
1169         return NOTIFY_OK;
1170 }
1171
1172 static struct notifier_block zs_cpu_nb = {
1173         .notifier_call = zs_cpu_notifier
1174 };
1175
1176 static int zs_register_cpu_notifier(void)
1177 {
1178         int cpu, uninitialized_var(ret);
1179
1180         cpu_notifier_register_begin();
1181
1182         __register_cpu_notifier(&zs_cpu_nb);
1183         for_each_online_cpu(cpu) {
1184                 ret = zs_cpu_notifier(NULL, CPU_UP_PREPARE, (void *)(long)cpu);
1185                 if (notifier_to_errno(ret))
1186                         break;
1187         }
1188
1189         cpu_notifier_register_done();
1190         return notifier_to_errno(ret);
1191 }
1192
1193 static void zs_unregister_cpu_notifier(void)
1194 {
1195         int cpu;
1196
1197         cpu_notifier_register_begin();
1198
1199         for_each_online_cpu(cpu)
1200                 zs_cpu_notifier(NULL, CPU_DEAD, (void *)(long)cpu);
1201         __unregister_cpu_notifier(&zs_cpu_nb);
1202
1203         cpu_notifier_register_done();
1204 }
1205
1206 static void init_zs_size_classes(void)
1207 {
1208         int nr;
1209
1210         nr = (ZS_MAX_ALLOC_SIZE - ZS_MIN_ALLOC_SIZE) / ZS_SIZE_CLASS_DELTA + 1;
1211         if ((ZS_MAX_ALLOC_SIZE - ZS_MIN_ALLOC_SIZE) % ZS_SIZE_CLASS_DELTA)
1212                 nr += 1;
1213
1214         zs_size_classes = nr;
1215 }
1216
1217 static bool can_merge(struct size_class *prev, int size, int pages_per_zspage)
1218 {
1219         if (prev->pages_per_zspage != pages_per_zspage)
1220                 return false;
1221
1222         if (get_maxobj_per_zspage(prev->size, prev->pages_per_zspage)
1223                 != get_maxobj_per_zspage(size, pages_per_zspage))
1224                 return false;
1225
1226         return true;
1227 }
1228
1229 static bool zspage_full(struct page *page)
1230 {
1231         BUG_ON(!is_first_page(page));
1232
1233         return page->inuse == page->objects;
1234 }
1235
1236 unsigned long zs_get_total_pages(struct zs_pool *pool)
1237 {
1238         return atomic_long_read(&pool->pages_allocated);
1239 }
1240 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_get_total_pages);
1241
1242 /**
1243  * zs_map_object - get address of allocated object from handle.
1244  * @pool: pool from which the object was allocated
1245  * @handle: handle returned from zs_malloc
1246  *
1247  * Before using an object allocated from zs_malloc, it must be mapped using
1248  * this function. When done with the object, it must be unmapped using
1249  * zs_unmap_object.
1250  *
1251  * Only one object can be mapped per cpu at a time. There is no protection
1252  * against nested mappings.
1253  *
1254  * This function returns with preemption and page faults disabled.
1255  */
1256 void *zs_map_object(struct zs_pool *pool, unsigned long handle,
1257                         enum zs_mapmode mm)
1258 {
1259         struct page *page;
1260         unsigned long obj, obj_idx, off;
1261
1262         unsigned int class_idx;
1263         enum fullness_group fg;
1264         struct size_class *class;
1265         struct mapping_area *area;
1266         struct page *pages[2];
1267         void *ret;
1268
1269         BUG_ON(!handle);
1270
1271         /*
1272          * Because we use per-cpu mapping areas shared among the
1273          * pools/users, we can't allow mapping in interrupt context
1274          * because it can corrupt another users mappings.
1275          */
1276         BUG_ON(in_interrupt());
1277
1278         /* From now on, migration cannot move the object */
1279         pin_tag(handle);
1280
1281         obj = handle_to_obj(handle);
1282         obj_to_location(obj, &page, &obj_idx);
1283         get_zspage_mapping(get_first_page(page), &class_idx, &fg);
1284         class = pool->size_class[class_idx];
1285         off = obj_idx_to_offset(page, obj_idx, class->size);
1286
1287         area = &get_cpu_var(zs_map_area);
1288         area->vm_mm = mm;
1289         if (off + class->size <= PAGE_SIZE) {
1290                 /* this object is contained entirely within a page */
1291                 area->vm_addr = kmap_atomic(page);
1292                 ret = area->vm_addr + off;
1293                 goto out;
1294         }
1295
1296         /* this object spans two pages */
1297         pages[0] = page;
1298         pages[1] = get_next_page(page);
1299         BUG_ON(!pages[1]);
1300
1301         ret = __zs_map_object(area, pages, off, class->size);
1302 out:
1303         if (!class->huge)
1304                 ret += ZS_HANDLE_SIZE;
1305
1306         return ret;
1307 }
1308 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_map_object);
1309
1310 void zs_unmap_object(struct zs_pool *pool, unsigned long handle)
1311 {
1312         struct page *page;
1313         unsigned long obj, obj_idx, off;
1314
1315         unsigned int class_idx;
1316         enum fullness_group fg;
1317         struct size_class *class;
1318         struct mapping_area *area;
1319
1320         BUG_ON(!handle);
1321
1322         obj = handle_to_obj(handle);
1323         obj_to_location(obj, &page, &obj_idx);
1324         get_zspage_mapping(get_first_page(page), &class_idx, &fg);
1325         class = pool->size_class[class_idx];
1326         off = obj_idx_to_offset(page, obj_idx, class->size);
1327
1328         area = this_cpu_ptr(&zs_map_area);
1329         if (off + class->size <= PAGE_SIZE)
1330                 kunmap_atomic(area->vm_addr);
1331         else {
1332                 struct page *pages[2];
1333
1334                 pages[0] = page;
1335                 pages[1] = get_next_page(page);
1336                 BUG_ON(!pages[1]);
1337
1338                 __zs_unmap_object(area, pages, off, class->size);
1339         }
1340         put_cpu_var(zs_map_area);
1341         unpin_tag(handle);
1342 }
1343 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_unmap_object);
1344
1345 static unsigned long obj_malloc(struct page *first_page,
1346                 struct size_class *class, unsigned long handle)
1347 {
1348         unsigned long obj;
1349         struct link_free *link;
1350
1351         struct page *m_page;
1352         unsigned long m_objidx, m_offset;
1353         void *vaddr;
1354
1355         handle |= OBJ_ALLOCATED_TAG;
1356         obj = (unsigned long)first_page->freelist;
1357         obj_to_location(obj, &m_page, &m_objidx);
1358         m_offset = obj_idx_to_offset(m_page, m_objidx, class->size);
1359
1360         vaddr = kmap_atomic(m_page);
1361         link = (struct link_free *)vaddr + m_offset / sizeof(*link);
1362         first_page->freelist = link->next;
1363         if (!class->huge)
1364                 /* record handle in the header of allocated chunk */
1365                 link->handle = handle;
1366         else
1367                 /* record handle in first_page->private */
1368                 set_page_private(first_page, handle);
1369         kunmap_atomic(vaddr);
1370         first_page->inuse++;
1371         zs_stat_inc(class, OBJ_USED, 1);
1372
1373         return obj;
1374 }
1375
1376
1377 /**
1378  * zs_malloc - Allocate block of given size from pool.
1379  * @pool: pool to allocate from
1380  * @size: size of block to allocate
1381  *
1382  * On success, handle to the allocated object is returned,
1383  * otherwise 0.
1384  * Allocation requests with size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE will fail.
1385  */
1386 unsigned long zs_malloc(struct zs_pool *pool, size_t size)
1387 {
1388         unsigned long handle, obj;
1389         struct size_class *class;
1390         struct page *first_page;
1391
1392         if (unlikely(!size || size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE))
1393                 return 0;
1394
1395         handle = alloc_handle(pool);
1396         if (!handle)
1397                 return 0;
1398
1399         /* extra space in chunk to keep the handle */
1400         size += ZS_HANDLE_SIZE;
1401         class = pool->size_class[get_size_class_index(size)];
1402
1403         spin_lock(&class->lock);
1404         first_page = find_get_zspage(class);
1405
1406         if (!first_page) {
1407                 spin_unlock(&class->lock);
1408                 first_page = alloc_zspage(class, pool->flags);
1409                 if (unlikely(!first_page)) {
1410                         free_handle(pool, handle);
1411                         return 0;
1412                 }
1413
1414                 set_zspage_mapping(first_page, class->index, ZS_EMPTY);
1415                 atomic_long_add(class->pages_per_zspage,
1416                                         &pool->pages_allocated);
1417
1418                 spin_lock(&class->lock);
1419                 zs_stat_inc(class, OBJ_ALLOCATED, get_maxobj_per_zspage(
1420                                 class->size, class->pages_per_zspage));
1421         }
1422
1423         obj = obj_malloc(first_page, class, handle);
1424         /* Now move the zspage to another fullness group, if required */
1425         fix_fullness_group(class, first_page);
1426         record_obj(handle, obj);
1427         spin_unlock(&class->lock);
1428
1429         return handle;
1430 }
1431 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_malloc);
1432
1433 static void obj_free(struct zs_pool *pool, struct size_class *class,
1434                         unsigned long obj)
1435 {
1436         struct link_free *link;
1437         struct page *first_page, *f_page;
1438         unsigned long f_objidx, f_offset;
1439         void *vaddr;
1440
1441         BUG_ON(!obj);
1442
1443         obj &= ~OBJ_ALLOCATED_TAG;
1444         obj_to_location(obj, &f_page, &f_objidx);
1445         first_page = get_first_page(f_page);
1446
1447         f_offset = obj_idx_to_offset(f_page, f_objidx, class->size);
1448
1449         vaddr = kmap_atomic(f_page);
1450
1451         /* Insert this object in containing zspage's freelist */
1452         link = (struct link_free *)(vaddr + f_offset);
1453         link->next = first_page->freelist;
1454         if (class->huge)
1455                 set_page_private(first_page, 0);
1456         kunmap_atomic(vaddr);
1457         first_page->freelist = (void *)obj;
1458         first_page->inuse--;
1459         zs_stat_dec(class, OBJ_USED, 1);
1460 }
1461
1462 void zs_free(struct zs_pool *pool, unsigned long handle)
1463 {
1464         struct page *first_page, *f_page;
1465         unsigned long obj, f_objidx;
1466         int class_idx;
1467         struct size_class *class;
1468         enum fullness_group fullness;
1469
1470         if (unlikely(!handle))
1471                 return;
1472
1473         pin_tag(handle);
1474         obj = handle_to_obj(handle);
1475         obj_to_location(obj, &f_page, &f_objidx);
1476         first_page = get_first_page(f_page);
1477
1478         get_zspage_mapping(first_page, &class_idx, &fullness);
1479         class = pool->size_class[class_idx];
1480
1481         spin_lock(&class->lock);
1482         obj_free(pool, class, obj);
1483         fullness = fix_fullness_group(class, first_page);
1484         if (fullness == ZS_EMPTY) {
1485                 zs_stat_dec(class, OBJ_ALLOCATED, get_maxobj_per_zspage(
1486                                 class->size, class->pages_per_zspage));
1487                 atomic_long_sub(class->pages_per_zspage,
1488                                 &pool->pages_allocated);
1489                 free_zspage(first_page);
1490         }
1491         spin_unlock(&class->lock);
1492         unpin_tag(handle);
1493
1494         free_handle(pool, handle);
1495 }
1496 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_free);
1497
1498 static void zs_object_copy(unsigned long dst, unsigned long src,
1499                                 struct size_class *class)
1500 {
1501         struct page *s_page, *d_page;
1502         unsigned long s_objidx, d_objidx;
1503         unsigned long s_off, d_off;
1504         void *s_addr, *d_addr;
1505         int s_size, d_size, size;
1506         int written = 0;
1507
1508         s_size = d_size = class->size;
1509
1510         obj_to_location(src, &s_page, &s_objidx);
1511         obj_to_location(dst, &d_page, &d_objidx);
1512
1513         s_off = obj_idx_to_offset(s_page, s_objidx, class->size);
1514         d_off = obj_idx_to_offset(d_page, d_objidx, class->size);
1515
1516         if (s_off + class->size > PAGE_SIZE)
1517                 s_size = PAGE_SIZE - s_off;
1518
1519         if (d_off + class->size > PAGE_SIZE)
1520                 d_size = PAGE_SIZE - d_off;
1521
1522         s_addr = kmap_atomic(s_page);
1523         d_addr = kmap_atomic(d_page);
1524
1525         while (1) {
1526                 size = min(s_size, d_size);
1527                 memcpy(d_addr + d_off, s_addr + s_off, size);
1528                 written += size;
1529
1530                 if (written == class->size)
1531                         break;
1532
1533                 s_off += size;
1534                 s_size -= size;
1535                 d_off += size;
1536                 d_size -= size;
1537
1538                 if (s_off >= PAGE_SIZE) {
1539                         kunmap_atomic(d_addr);
1540                         kunmap_atomic(s_addr);
1541                         s_page = get_next_page(s_page);
1542                         BUG_ON(!s_page);
1543                         s_addr = kmap_atomic(s_page);
1544                         d_addr = kmap_atomic(d_page);
1545                         s_size = class->size - written;
1546                         s_off = 0;
1547                 }
1548
1549                 if (d_off >= PAGE_SIZE) {
1550                         kunmap_atomic(d_addr);
1551                         d_page = get_next_page(d_page);
1552                         BUG_ON(!d_page);
1553                         d_addr = kmap_atomic(d_page);
1554                         d_size = class->size - written;
1555                         d_off = 0;
1556                 }
1557         }
1558
1559         kunmap_atomic(d_addr);
1560         kunmap_atomic(s_addr);
1561 }
1562
1563 /*
1564  * Find alloced object in zspage from index object and
1565  * return handle.
1566  */
1567 static unsigned long find_alloced_obj(struct page *page, int index,
1568                                         struct size_class *class)
1569 {
1570         unsigned long head;
1571         int offset = 0;
1572         unsigned long handle = 0;
1573         void *addr = kmap_atomic(page);
1574
1575         if (!is_first_page(page))
1576                 offset = page->index;
1577         offset += class->size * index;
1578
1579         while (offset < PAGE_SIZE) {
1580                 head = obj_to_head(class, page, addr + offset);
1581                 if (head & OBJ_ALLOCATED_TAG) {
1582                         handle = head & ~OBJ_ALLOCATED_TAG;
1583                         if (trypin_tag(handle))
1584                                 break;
1585                         handle = 0;
1586                 }
1587
1588                 offset += class->size;
1589                 index++;
1590         }
1591
1592         kunmap_atomic(addr);
1593         return handle;
1594 }
1595
1596 struct zs_compact_control {
1597         /* Source page for migration which could be a subpage of zspage. */
1598         struct page *s_page;
1599         /* Destination page for migration which should be a first page
1600          * of zspage. */
1601         struct page *d_page;
1602          /* Starting object index within @s_page which used for live object
1603           * in the subpage. */
1604         int index;
1605 };
1606
1607 static int migrate_zspage(struct zs_pool *pool, struct size_class *class,
1608                                 struct zs_compact_control *cc)
1609 {
1610         unsigned long used_obj, free_obj;
1611         unsigned long handle;
1612         struct page *s_page = cc->s_page;
1613         struct page *d_page = cc->d_page;
1614         unsigned long index = cc->index;
1615         int ret = 0;
1616
1617         while (1) {
1618                 handle = find_alloced_obj(s_page, index, class);
1619                 if (!handle) {
1620                         s_page = get_next_page(s_page);
1621                         if (!s_page)
1622                                 break;
1623                         index = 0;
1624                         continue;
1625                 }
1626
1627                 /* Stop if there is no more space */
1628                 if (zspage_full(d_page)) {
1629                         unpin_tag(handle);
1630                         ret = -ENOMEM;
1631                         break;
1632                 }
1633
1634                 used_obj = handle_to_obj(handle);
1635                 free_obj = obj_malloc(d_page, class, handle);
1636                 zs_object_copy(free_obj, used_obj, class);
1637                 index++;
1638                 record_obj(handle, free_obj);
1639                 unpin_tag(handle);
1640                 obj_free(pool, class, used_obj);
1641         }
1642
1643         /* Remember last position in this iteration */
1644         cc->s_page = s_page;
1645         cc->index = index;
1646
1647         return ret;
1648 }
1649
1650 static struct page *isolate_target_page(struct size_class *class)
1651 {
1652         int i;
1653         struct page *page;
1654
1655         for (i = 0; i < _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS; i++) {
1656                 page = class->fullness_list[i];
1657                 if (page) {
1658                         remove_zspage(page, class, i);
1659                         break;
1660                 }
1661         }
1662
1663         return page;
1664 }
1665
1666 /*
1667  * putback_zspage - add @first_page into right class's fullness list
1668  * @pool: target pool
1669  * @class: destination class
1670  * @first_page: target page
1671  *
1672  * Return @fist_page's fullness_group
1673  */
1674 static enum fullness_group putback_zspage(struct zs_pool *pool,
1675                         struct size_class *class,
1676                         struct page *first_page)
1677 {
1678         enum fullness_group fullness;
1679
1680         BUG_ON(!is_first_page(first_page));
1681
1682         fullness = get_fullness_group(first_page);
1683         insert_zspage(first_page, class, fullness);
1684         set_zspage_mapping(first_page, class->index, fullness);
1685
1686         if (fullness == ZS_EMPTY) {
1687                 zs_stat_dec(class, OBJ_ALLOCATED, get_maxobj_per_zspage(
1688                         class->size, class->pages_per_zspage));
1689                 atomic_long_sub(class->pages_per_zspage,
1690                                 &pool->pages_allocated);
1691
1692                 free_zspage(first_page);
1693         }
1694
1695         return fullness;
1696 }
1697
1698 static struct page *isolate_source_page(struct size_class *class)
1699 {
1700         int i;
1701         struct page *page = NULL;
1702
1703         for (i = ZS_ALMOST_EMPTY; i >= ZS_ALMOST_FULL; i--) {
1704                 page = class->fullness_list[i];
1705                 if (!page)
1706                         continue;
1707
1708                 remove_zspage(page, class, i);
1709                 break;
1710         }
1711
1712         return page;
1713 }
1714
1715 /*
1716  *
1717  * Based on the number of unused allocated objects calculate
1718  * and return the number of pages that we can free.
1719  */
1720 static unsigned long zs_can_compact(struct size_class *class)
1721 {
1722         unsigned long obj_wasted;
1723
1724         obj_wasted = zs_stat_get(class, OBJ_ALLOCATED) -
1725                 zs_stat_get(class, OBJ_USED);
1726
1727         obj_wasted /= get_maxobj_per_zspage(class->size,
1728                         class->pages_per_zspage);
1729
1730         return obj_wasted * class->pages_per_zspage;
1731 }
1732
1733 static void __zs_compact(struct zs_pool *pool, struct size_class *class)
1734 {
1735         struct zs_compact_control cc;
1736         struct page *src_page;
1737         struct page *dst_page = NULL;
1738
1739         spin_lock(&class->lock);
1740         while ((src_page = isolate_source_page(class))) {
1741
1742                 BUG_ON(!is_first_page(src_page));
1743
1744                 if (!zs_can_compact(class))
1745                         break;
1746
1747                 cc.index = 0;
1748                 cc.s_page = src_page;
1749
1750                 while ((dst_page = isolate_target_page(class))) {
1751                         cc.d_page = dst_page;
1752                         /*
1753                          * If there is no more space in dst_page, resched
1754                          * and see if anyone had allocated another zspage.
1755                          */
1756                         if (!migrate_zspage(pool, class, &cc))
1757                                 break;
1758
1759                         putback_zspage(pool, class, dst_page);
1760                 }
1761
1762                 /* Stop if we couldn't find slot */
1763                 if (dst_page == NULL)
1764                         break;
1765
1766                 putback_zspage(pool, class, dst_page);
1767                 if (putback_zspage(pool, class, src_page) == ZS_EMPTY)
1768                         pool->stats.pages_compacted += class->pages_per_zspage;
1769                 spin_unlock(&class->lock);
1770                 cond_resched();
1771                 spin_lock(&class->lock);
1772         }
1773
1774         if (src_page)
1775                 putback_zspage(pool, class, src_page);
1776
1777         spin_unlock(&class->lock);
1778 }
1779
1780 unsigned long zs_compact(struct zs_pool *pool)
1781 {
1782         int i;
1783         struct size_class *class;
1784
1785         for (i = zs_size_classes - 1; i >= 0; i--) {
1786                 class = pool->size_class[i];
1787                 if (!class)
1788                         continue;
1789                 if (class->index != i)
1790                         continue;
1791                 __zs_compact(pool, class);
1792         }
1793
1794         return pool->stats.pages_compacted;
1795 }
1796 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_compact);
1797
1798 void zs_pool_stats(struct zs_pool *pool, struct zs_pool_stats *stats)
1799 {
1800         memcpy(stats, &pool->stats, sizeof(struct zs_pool_stats));
1801 }
1802 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_pool_stats);
1803
1804 static unsigned long zs_shrinker_scan(struct shrinker *shrinker,
1805                 struct shrink_control *sc)
1806 {
1807         unsigned long pages_freed;
1808         struct zs_pool *pool = container_of(shrinker, struct zs_pool,
1809                         shrinker);
1810
1811         pages_freed = pool->stats.pages_compacted;
1812         /*
1813          * Compact classes and calculate compaction delta.
1814          * Can run concurrently with a manually triggered
1815          * (by user) compaction.
1816          */
1817         pages_freed = zs_compact(pool) - pages_freed;
1818
1819         return pages_freed ? pages_freed : SHRINK_STOP;
1820 }
1821
1822 static unsigned long zs_shrinker_count(struct shrinker *shrinker,
1823                 struct shrink_control *sc)
1824 {
1825         int i;
1826         struct size_class *class;
1827         unsigned long pages_to_free = 0;
1828         struct zs_pool *pool = container_of(shrinker, struct zs_pool,
1829                         shrinker);
1830
1831         for (i = zs_size_classes - 1; i >= 0; i--) {
1832                 class = pool->size_class[i];
1833                 if (!class)
1834                         continue;
1835                 if (class->index != i)
1836                         continue;
1837
1838                 pages_to_free += zs_can_compact(class);
1839         }
1840
1841         return pages_to_free;
1842 }
1843
1844 static void zs_unregister_shrinker(struct zs_pool *pool)
1845 {
1846         if (pool->shrinker_enabled) {
1847                 unregister_shrinker(&pool->shrinker);
1848                 pool->shrinker_enabled = false;
1849         }
1850 }
1851
1852 static int zs_register_shrinker(struct zs_pool *pool)
1853 {
1854         pool->shrinker.scan_objects = zs_shrinker_scan;
1855         pool->shrinker.count_objects = zs_shrinker_count;
1856         pool->shrinker.batch = 0;
1857         pool->shrinker.seeks = DEFAULT_SEEKS;
1858
1859         return register_shrinker(&pool->shrinker);
1860 }
1861
1862 /**
1863  * zs_create_pool - Creates an allocation pool to work from.
1864  * @flags: allocation flags used to allocate pool metadata
1865  *
1866  * This function must be called before anything when using
1867  * the zsmalloc allocator.
1868  *
1869  * On success, a pointer to the newly created pool is returned,
1870  * otherwise NULL.
1871  */
1872 struct zs_pool *zs_create_pool(const char *name, gfp_t flags)
1873 {
1874         int i;
1875         struct zs_pool *pool;
1876         struct size_class *prev_class = NULL;
1877
1878         pool = kzalloc(sizeof(*pool), GFP_KERNEL);
1879         if (!pool)
1880                 return NULL;
1881
1882         pool->size_class = kcalloc(zs_size_classes, sizeof(struct size_class *),
1883                         GFP_KERNEL);
1884         if (!pool->size_class) {
1885                 kfree(pool);
1886                 return NULL;
1887         }
1888
1889         pool->name = kstrdup(name, GFP_KERNEL);
1890         if (!pool->name)
1891                 goto err;
1892
1893         if (create_handle_cache(pool))
1894                 goto err;
1895
1896         /*
1897          * Iterate reversly, because, size of size_class that we want to use
1898          * for merging should be larger or equal to current size.
1899          */
1900         for (i = zs_size_classes - 1; i >= 0; i--) {
1901                 int size;
1902                 int pages_per_zspage;
1903                 struct size_class *class;
1904
1905                 size = ZS_MIN_ALLOC_SIZE + i * ZS_SIZE_CLASS_DELTA;
1906                 if (size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE)
1907                         size = ZS_MAX_ALLOC_SIZE;
1908                 pages_per_zspage = get_pages_per_zspage(size);
1909
1910                 /*
1911                  * size_class is used for normal zsmalloc operation such
1912                  * as alloc/free for that size. Although it is natural that we
1913                  * have one size_class for each size, there is a chance that we
1914                  * can get more memory utilization if we use one size_class for
1915                  * many different sizes whose size_class have same
1916                  * characteristics. So, we makes size_class point to
1917                  * previous size_class if possible.
1918                  */
1919                 if (prev_class) {
1920                         if (can_merge(prev_class, size, pages_per_zspage)) {
1921                                 pool->size_class[i] = prev_class;
1922                                 continue;
1923                         }
1924                 }
1925
1926                 class = kzalloc(sizeof(struct size_class), GFP_KERNEL);
1927                 if (!class)
1928                         goto err;
1929
1930                 class->size = size;
1931                 class->index = i;
1932                 class->pages_per_zspage = pages_per_zspage;
1933                 if (pages_per_zspage == 1 &&
1934                         get_maxobj_per_zspage(size, pages_per_zspage) == 1)
1935                         class->huge = true;
1936                 spin_lock_init(&class->lock);
1937                 pool->size_class[i] = class;
1938
1939                 prev_class = class;
1940         }
1941
1942         pool->flags = flags;
1943
1944         if (zs_pool_stat_create(name, pool))
1945                 goto err;
1946
1947         /*
1948          * Not critical, we still can use the pool
1949          * and user can trigger compaction manually.
1950          */
1951         if (zs_register_shrinker(pool) == 0)
1952                 pool->shrinker_enabled = true;
1953         return pool;
1954
1955 err:
1956         zs_destroy_pool(pool);
1957         return NULL;
1958 }
1959 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_create_pool);
1960
1961 void zs_destroy_pool(struct zs_pool *pool)
1962 {
1963         int i;
1964
1965         zs_unregister_shrinker(pool);
1966         zs_pool_stat_destroy(pool);
1967
1968         for (i = 0; i < zs_size_classes; i++) {
1969                 int fg;
1970                 struct size_class *class = pool->size_class[i];
1971
1972                 if (!class)
1973                         continue;
1974
1975                 if (class->index != i)
1976                         continue;
1977
1978                 for (fg = 0; fg < _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS; fg++) {
1979                         if (class->fullness_list[fg]) {
1980                                 pr_info("Freeing non-empty class with size %db, fullness group %d\n",
1981                                         class->size, fg);
1982                         }
1983                 }
1984                 kfree(class);
1985         }
1986
1987         destroy_handle_cache(pool);
1988         kfree(pool->size_class);
1989         kfree(pool->name);
1990         kfree(pool);
1991 }
1992 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_destroy_pool);
1993
1994 static int __init zs_init(void)
1995 {
1996         int ret = zs_register_cpu_notifier();
1997
1998         if (ret)
1999                 goto notifier_fail;
2000
2001         init_zs_size_classes();
2002
2003 #ifdef CONFIG_ZPOOL
2004         zpool_register_driver(&zs_zpool_driver);
2005 #endif
2006
2007         ret = zs_stat_init();
2008         if (ret) {
2009                 pr_err("zs stat initialization failed\n");
2010                 goto stat_fail;
2011         }
2012         return 0;
2013
2014 stat_fail:
2015 #ifdef CONFIG_ZPOOL
2016         zpool_unregister_driver(&zs_zpool_driver);
2017 #endif
2018 notifier_fail:
2019         zs_unregister_cpu_notifier();
2020
2021         return ret;
2022 }
2023
2024 static void __exit zs_exit(void)
2025 {
2026 #ifdef CONFIG_ZPOOL
2027         zpool_unregister_driver(&zs_zpool_driver);
2028 #endif
2029         zs_unregister_cpu_notifier();
2030
2031         zs_stat_exit();
2032 }
2033
2034 module_init(zs_init);
2035 module_exit(zs_exit);
2036
2037 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
2038 MODULE_AUTHOR("Nitin Gupta <ngupta@vflare.org>");