nfs: disintegrate UAPI for nfs
[linux.git] / drivers / staging / zsmalloc / zsmalloc-main.c
1 /*
2  * zsmalloc memory allocator
3  *
4  * Copyright (C) 2011  Nitin Gupta
5  *
6  * This code is released using a dual license strategy: BSD/GPL
7  * You can choose the license that better fits your requirements.
8  *
9  * Released under the terms of 3-clause BSD License
10  * Released under the terms of GNU General Public License Version 2.0
11  */
12
13
14 /*
15  * This allocator is designed for use with zcache and zram. Thus, the
16  * allocator is supposed to work well under low memory conditions. In
17  * particular, it never attempts higher order page allocation which is
18  * very likely to fail under memory pressure. On the other hand, if we
19  * just use single (0-order) pages, it would suffer from very high
20  * fragmentation -- any object of size PAGE_SIZE/2 or larger would occupy
21  * an entire page. This was one of the major issues with its predecessor
22  * (xvmalloc).
23  *
24  * To overcome these issues, zsmalloc allocates a bunch of 0-order pages
25  * and links them together using various 'struct page' fields. These linked
26  * pages act as a single higher-order page i.e. an object can span 0-order
27  * page boundaries. The code refers to these linked pages as a single entity
28  * called zspage.
29  *
30  * Following is how we use various fields and flags of underlying
31  * struct page(s) to form a zspage.
32  *
33  * Usage of struct page fields:
34  *      page->first_page: points to the first component (0-order) page
35  *      page->index (union with page->freelist): offset of the first object
36  *              starting in this page. For the first page, this is
37  *              always 0, so we use this field (aka freelist) to point
38  *              to the first free object in zspage.
39  *      page->lru: links together all component pages (except the first page)
40  *              of a zspage
41  *
42  *      For _first_ page only:
43  *
44  *      page->private (union with page->first_page): refers to the
45  *              component page after the first page
46  *      page->freelist: points to the first free object in zspage.
47  *              Free objects are linked together using in-place
48  *              metadata.
49  *      page->objects: maximum number of objects we can store in this
50  *              zspage (class->zspage_order * PAGE_SIZE / class->size)
51  *      page->lru: links together first pages of various zspages.
52  *              Basically forming list of zspages in a fullness group.
53  *      page->mapping: class index and fullness group of the zspage
54  *
55  * Usage of struct page flags:
56  *      PG_private: identifies the first component page
57  *      PG_private2: identifies the last component page
58  *
59  */
60
61 #ifdef CONFIG_ZSMALLOC_DEBUG
62 #define DEBUG
63 #endif
64
65 #include <linux/module.h>
66 #include <linux/kernel.h>
67 #include <linux/bitops.h>
68 #include <linux/errno.h>
69 #include <linux/highmem.h>
70 #include <linux/init.h>
71 #include <linux/string.h>
72 #include <linux/slab.h>
73 #include <asm/tlbflush.h>
74 #include <asm/pgtable.h>
75 #include <linux/cpumask.h>
76 #include <linux/cpu.h>
77 #include <linux/vmalloc.h>
78 #include <linux/hardirq.h>
79 #include <linux/spinlock.h>
80 #include <linux/types.h>
81
82 #include "zsmalloc.h"
83
84 /*
85  * This must be power of 2 and greater than of equal to sizeof(link_free).
86  * These two conditions ensure that any 'struct link_free' itself doesn't
87  * span more than 1 page which avoids complex case of mapping 2 pages simply
88  * to restore link_free pointer values.
89  */
90 #define ZS_ALIGN                8
91
92 /*
93  * A single 'zspage' is composed of up to 2^N discontiguous 0-order (single)
94  * pages. ZS_MAX_ZSPAGE_ORDER defines upper limit on N.
95  */
96 #define ZS_MAX_ZSPAGE_ORDER 2
97 #define ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE (_AC(1, UL) << ZS_MAX_ZSPAGE_ORDER)
98
99 /*
100  * Object location (<PFN>, <obj_idx>) is encoded as
101  * as single (void *) handle value.
102  *
103  * Note that object index <obj_idx> is relative to system
104  * page <PFN> it is stored in, so for each sub-page belonging
105  * to a zspage, obj_idx starts with 0.
106  *
107  * This is made more complicated by various memory models and PAE.
108  */
109
110 #ifndef MAX_PHYSMEM_BITS
111 #ifdef CONFIG_HIGHMEM64G
112 #define MAX_PHYSMEM_BITS 36
113 #else /* !CONFIG_HIGHMEM64G */
114 /*
115  * If this definition of MAX_PHYSMEM_BITS is used, OBJ_INDEX_BITS will just
116  * be PAGE_SHIFT
117  */
118 #define MAX_PHYSMEM_BITS BITS_PER_LONG
119 #endif
120 #endif
121 #define _PFN_BITS               (MAX_PHYSMEM_BITS - PAGE_SHIFT)
122 #define OBJ_INDEX_BITS  (BITS_PER_LONG - _PFN_BITS)
123 #define OBJ_INDEX_MASK  ((_AC(1, UL) << OBJ_INDEX_BITS) - 1)
124
125 #define MAX(a, b) ((a) >= (b) ? (a) : (b))
126 /* ZS_MIN_ALLOC_SIZE must be multiple of ZS_ALIGN */
127 #define ZS_MIN_ALLOC_SIZE \
128         MAX(32, (ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE << PAGE_SHIFT >> OBJ_INDEX_BITS))
129 #define ZS_MAX_ALLOC_SIZE       PAGE_SIZE
130
131 /*
132  * On systems with 4K page size, this gives 254 size classes! There is a
133  * trader-off here:
134  *  - Large number of size classes is potentially wasteful as free page are
135  *    spread across these classes
136  *  - Small number of size classes causes large internal fragmentation
137  *  - Probably its better to use specific size classes (empirically
138  *    determined). NOTE: all those class sizes must be set as multiple of
139  *    ZS_ALIGN to make sure link_free itself never has to span 2 pages.
140  *
141  *  ZS_MIN_ALLOC_SIZE and ZS_SIZE_CLASS_DELTA must be multiple of ZS_ALIGN
142  *  (reason above)
143  */
144 #define ZS_SIZE_CLASS_DELTA     16
145 #define ZS_SIZE_CLASSES         ((ZS_MAX_ALLOC_SIZE - ZS_MIN_ALLOC_SIZE) / \
146                                         ZS_SIZE_CLASS_DELTA + 1)
147
148 /*
149  * We do not maintain any list for completely empty or full pages
150  */
151 enum fullness_group {
152         ZS_ALMOST_FULL,
153         ZS_ALMOST_EMPTY,
154         _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS,
155
156         ZS_EMPTY,
157         ZS_FULL
158 };
159
160 /*
161  * We assign a page to ZS_ALMOST_EMPTY fullness group when:
162  *      n <= N / f, where
163  * n = number of allocated objects
164  * N = total number of objects zspage can store
165  * f = 1/fullness_threshold_frac
166  *
167  * Similarly, we assign zspage to:
168  *      ZS_ALMOST_FULL  when n > N / f
169  *      ZS_EMPTY        when n == 0
170  *      ZS_FULL         when n == N
171  *
172  * (see: fix_fullness_group())
173  */
174 static const int fullness_threshold_frac = 4;
175
176 struct size_class {
177         /*
178          * Size of objects stored in this class. Must be multiple
179          * of ZS_ALIGN.
180          */
181         int size;
182         unsigned int index;
183
184         /* Number of PAGE_SIZE sized pages to combine to form a 'zspage' */
185         int pages_per_zspage;
186
187         spinlock_t lock;
188
189         /* stats */
190         u64 pages_allocated;
191
192         struct page *fullness_list[_ZS_NR_FULLNESS_GROUPS];
193 };
194
195 /*
196  * Placed within free objects to form a singly linked list.
197  * For every zspage, first_page->freelist gives head of this list.
198  *
199  * This must be power of 2 and less than or equal to ZS_ALIGN
200  */
201 struct link_free {
202         /* Handle of next free chunk (encodes <PFN, obj_idx>) */
203         void *next;
204 };
205
206 struct zs_pool {
207         struct size_class size_class[ZS_SIZE_CLASSES];
208
209         gfp_t flags;    /* allocation flags used when growing pool */
210         const char *name;
211 };
212
213 /*
214  * A zspage's class index and fullness group
215  * are encoded in its (first)page->mapping
216  */
217 #define CLASS_IDX_BITS  28
218 #define FULLNESS_BITS   4
219 #define CLASS_IDX_MASK  ((1 << CLASS_IDX_BITS) - 1)
220 #define FULLNESS_MASK   ((1 << FULLNESS_BITS) - 1)
221
222 /*
223  * By default, zsmalloc uses a copy-based object mapping method to access
224  * allocations that span two pages. However, if a particular architecture
225  * 1) Implements local_flush_tlb_kernel_range() and 2) Performs VM mapping
226  * faster than copying, then it should be added here so that
227  * USE_PGTABLE_MAPPING is defined. This causes zsmalloc to use page table
228  * mapping rather than copying
229  * for object mapping.
230 */
231 #if defined(CONFIG_ARM)
232 #define USE_PGTABLE_MAPPING
233 #endif
234
235 struct mapping_area {
236 #ifdef USE_PGTABLE_MAPPING
237         struct vm_struct *vm; /* vm area for mapping object that span pages */
238 #else
239         char *vm_buf; /* copy buffer for objects that span pages */
240 #endif
241         char *vm_addr; /* address of kmap_atomic()'ed pages */
242         enum zs_mapmode vm_mm; /* mapping mode */
243 };
244
245
246 /* per-cpu VM mapping areas for zspage accesses that cross page boundaries */
247 static DEFINE_PER_CPU(struct mapping_area, zs_map_area);
248
249 static int is_first_page(struct page *page)
250 {
251         return PagePrivate(page);
252 }
253
254 static int is_last_page(struct page *page)
255 {
256         return PagePrivate2(page);
257 }
258
259 static void get_zspage_mapping(struct page *page, unsigned int *class_idx,
260                                 enum fullness_group *fullness)
261 {
262         unsigned long m;
263         BUG_ON(!is_first_page(page));
264
265         m = (unsigned long)page->mapping;
266         *fullness = m & FULLNESS_MASK;
267         *class_idx = (m >> FULLNESS_BITS) & CLASS_IDX_MASK;
268 }
269
270 static void set_zspage_mapping(struct page *page, unsigned int class_idx,
271                                 enum fullness_group fullness)
272 {
273         unsigned long m;
274         BUG_ON(!is_first_page(page));
275
276         m = ((class_idx & CLASS_IDX_MASK) << FULLNESS_BITS) |
277                         (fullness & FULLNESS_MASK);
278         page->mapping = (struct address_space *)m;
279 }
280
281 static int get_size_class_index(int size)
282 {
283         int idx = 0;
284
285         if (likely(size > ZS_MIN_ALLOC_SIZE))
286                 idx = DIV_ROUND_UP(size - ZS_MIN_ALLOC_SIZE,
287                                 ZS_SIZE_CLASS_DELTA);
288
289         return idx;
290 }
291
292 static enum fullness_group get_fullness_group(struct page *page)
293 {
294         int inuse, max_objects;
295         enum fullness_group fg;
296         BUG_ON(!is_first_page(page));
297
298         inuse = page->inuse;
299         max_objects = page->objects;
300
301         if (inuse == 0)
302                 fg = ZS_EMPTY;
303         else if (inuse == max_objects)
304                 fg = ZS_FULL;
305         else if (inuse <= max_objects / fullness_threshold_frac)
306                 fg = ZS_ALMOST_EMPTY;
307         else
308                 fg = ZS_ALMOST_FULL;
309
310         return fg;
311 }
312
313 static void insert_zspage(struct page *page, struct size_class *class,
314                                 enum fullness_group fullness)
315 {
316         struct page **head;
317
318         BUG_ON(!is_first_page(page));
319
320         if (fullness >= _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS)
321                 return;
322
323         head = &class->fullness_list[fullness];
324         if (*head)
325                 list_add_tail(&page->lru, &(*head)->lru);
326
327         *head = page;
328 }
329
330 static void remove_zspage(struct page *page, struct size_class *class,
331                                 enum fullness_group fullness)
332 {
333         struct page **head;
334
335         BUG_ON(!is_first_page(page));
336
337         if (fullness >= _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS)
338                 return;
339
340         head = &class->fullness_list[fullness];
341         BUG_ON(!*head);
342         if (list_empty(&(*head)->lru))
343                 *head = NULL;
344         else if (*head == page)
345                 *head = (struct page *)list_entry((*head)->lru.next,
346                                         struct page, lru);
347
348         list_del_init(&page->lru);
349 }
350
351 static enum fullness_group fix_fullness_group(struct zs_pool *pool,
352                                                 struct page *page)
353 {
354         int class_idx;
355         struct size_class *class;
356         enum fullness_group currfg, newfg;
357
358         BUG_ON(!is_first_page(page));
359
360         get_zspage_mapping(page, &class_idx, &currfg);
361         newfg = get_fullness_group(page);
362         if (newfg == currfg)
363                 goto out;
364
365         class = &pool->size_class[class_idx];
366         remove_zspage(page, class, currfg);
367         insert_zspage(page, class, newfg);
368         set_zspage_mapping(page, class_idx, newfg);
369
370 out:
371         return newfg;
372 }
373
374 /*
375  * We have to decide on how many pages to link together
376  * to form a zspage for each size class. This is important
377  * to reduce wastage due to unusable space left at end of
378  * each zspage which is given as:
379  *      wastage = Zp - Zp % size_class
380  * where Zp = zspage size = k * PAGE_SIZE where k = 1, 2, ...
381  *
382  * For example, for size class of 3/8 * PAGE_SIZE, we should
383  * link together 3 PAGE_SIZE sized pages to form a zspage
384  * since then we can perfectly fit in 8 such objects.
385  */
386 static int get_pages_per_zspage(int class_size)
387 {
388         int i, max_usedpc = 0;
389         /* zspage order which gives maximum used size per KB */
390         int max_usedpc_order = 1;
391
392         for (i = 1; i <= ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE; i++) {
393                 int zspage_size;
394                 int waste, usedpc;
395
396                 zspage_size = i * PAGE_SIZE;
397                 waste = zspage_size % class_size;
398                 usedpc = (zspage_size - waste) * 100 / zspage_size;
399
400                 if (usedpc > max_usedpc) {
401                         max_usedpc = usedpc;
402                         max_usedpc_order = i;
403                 }
404         }
405
406         return max_usedpc_order;
407 }
408
409 /*
410  * A single 'zspage' is composed of many system pages which are
411  * linked together using fields in struct page. This function finds
412  * the first/head page, given any component page of a zspage.
413  */
414 static struct page *get_first_page(struct page *page)
415 {
416         if (is_first_page(page))
417                 return page;
418         else
419                 return page->first_page;
420 }
421
422 static struct page *get_next_page(struct page *page)
423 {
424         struct page *next;
425
426         if (is_last_page(page))
427                 next = NULL;
428         else if (is_first_page(page))
429                 next = (struct page *)page->private;
430         else
431                 next = list_entry(page->lru.next, struct page, lru);
432
433         return next;
434 }
435
436 /* Encode <page, obj_idx> as a single handle value */
437 static void *obj_location_to_handle(struct page *page, unsigned long obj_idx)
438 {
439         unsigned long handle;
440
441         if (!page) {
442                 BUG_ON(obj_idx);
443                 return NULL;
444         }
445
446         handle = page_to_pfn(page) << OBJ_INDEX_BITS;
447         handle |= (obj_idx & OBJ_INDEX_MASK);
448
449         return (void *)handle;
450 }
451
452 /* Decode <page, obj_idx> pair from the given object handle */
453 static void obj_handle_to_location(unsigned long handle, struct page **page,
454                                 unsigned long *obj_idx)
455 {
456         *page = pfn_to_page(handle >> OBJ_INDEX_BITS);
457         *obj_idx = handle & OBJ_INDEX_MASK;
458 }
459
460 static unsigned long obj_idx_to_offset(struct page *page,
461                                 unsigned long obj_idx, int class_size)
462 {
463         unsigned long off = 0;
464
465         if (!is_first_page(page))
466                 off = page->index;
467
468         return off + obj_idx * class_size;
469 }
470
471 static void reset_page(struct page *page)
472 {
473         clear_bit(PG_private, &page->flags);
474         clear_bit(PG_private_2, &page->flags);
475         set_page_private(page, 0);
476         page->mapping = NULL;
477         page->freelist = NULL;
478         reset_page_mapcount(page);
479 }
480
481 static void free_zspage(struct page *first_page)
482 {
483         struct page *nextp, *tmp, *head_extra;
484
485         BUG_ON(!is_first_page(first_page));
486         BUG_ON(first_page->inuse);
487
488         head_extra = (struct page *)page_private(first_page);
489
490         reset_page(first_page);
491         __free_page(first_page);
492
493         /* zspage with only 1 system page */
494         if (!head_extra)
495                 return;
496
497         list_for_each_entry_safe(nextp, tmp, &head_extra->lru, lru) {
498                 list_del(&nextp->lru);
499                 reset_page(nextp);
500                 __free_page(nextp);
501         }
502         reset_page(head_extra);
503         __free_page(head_extra);
504 }
505
506 /* Initialize a newly allocated zspage */
507 static void init_zspage(struct page *first_page, struct size_class *class)
508 {
509         unsigned long off = 0;
510         struct page *page = first_page;
511
512         BUG_ON(!is_first_page(first_page));
513         while (page) {
514                 struct page *next_page;
515                 struct link_free *link;
516                 unsigned int i, objs_on_page;
517
518                 /*
519                  * page->index stores offset of first object starting
520                  * in the page. For the first page, this is always 0,
521                  * so we use first_page->index (aka ->freelist) to store
522                  * head of corresponding zspage's freelist.
523                  */
524                 if (page != first_page)
525                         page->index = off;
526
527                 link = (struct link_free *)kmap_atomic(page) +
528                                                 off / sizeof(*link);
529                 objs_on_page = (PAGE_SIZE - off) / class->size;
530
531                 for (i = 1; i <= objs_on_page; i++) {
532                         off += class->size;
533                         if (off < PAGE_SIZE) {
534                                 link->next = obj_location_to_handle(page, i);
535                                 link += class->size / sizeof(*link);
536                         }
537                 }
538
539                 /*
540                  * We now come to the last (full or partial) object on this
541                  * page, which must point to the first object on the next
542                  * page (if present)
543                  */
544                 next_page = get_next_page(page);
545                 link->next = obj_location_to_handle(next_page, 0);
546                 kunmap_atomic(link);
547                 page = next_page;
548                 off = (off + class->size) % PAGE_SIZE;
549         }
550 }
551
552 /*
553  * Allocate a zspage for the given size class
554  */
555 static struct page *alloc_zspage(struct size_class *class, gfp_t flags)
556 {
557         int i, error;
558         struct page *first_page = NULL, *uninitialized_var(prev_page);
559
560         /*
561          * Allocate individual pages and link them together as:
562          * 1. first page->private = first sub-page
563          * 2. all sub-pages are linked together using page->lru
564          * 3. each sub-page is linked to the first page using page->first_page
565          *
566          * For each size class, First/Head pages are linked together using
567          * page->lru. Also, we set PG_private to identify the first page
568          * (i.e. no other sub-page has this flag set) and PG_private_2 to
569          * identify the last page.
570          */
571         error = -ENOMEM;
572         for (i = 0; i < class->pages_per_zspage; i++) {
573                 struct page *page;
574
575                 page = alloc_page(flags);
576                 if (!page)
577                         goto cleanup;
578
579                 INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
580                 if (i == 0) {   /* first page */
581                         SetPagePrivate(page);
582                         set_page_private(page, 0);
583                         first_page = page;
584                         first_page->inuse = 0;
585                 }
586                 if (i == 1)
587                         first_page->private = (unsigned long)page;
588                 if (i >= 1)
589                         page->first_page = first_page;
590                 if (i >= 2)
591                         list_add(&page->lru, &prev_page->lru);
592                 if (i == class->pages_per_zspage - 1)   /* last page */
593                         SetPagePrivate2(page);
594                 prev_page = page;
595         }
596
597         init_zspage(first_page, class);
598
599         first_page->freelist = obj_location_to_handle(first_page, 0);
600         /* Maximum number of objects we can store in this zspage */
601         first_page->objects = class->pages_per_zspage * PAGE_SIZE / class->size;
602
603         error = 0; /* Success */
604
605 cleanup:
606         if (unlikely(error) && first_page) {
607                 free_zspage(first_page);
608                 first_page = NULL;
609         }
610
611         return first_page;
612 }
613
614 static struct page *find_get_zspage(struct size_class *class)
615 {
616         int i;
617         struct page *page;
618
619         for (i = 0; i < _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS; i++) {
620                 page = class->fullness_list[i];
621                 if (page)
622                         break;
623         }
624
625         return page;
626 }
627
628 #ifdef USE_PGTABLE_MAPPING
629 static inline int __zs_cpu_up(struct mapping_area *area)
630 {
631         /*
632          * Make sure we don't leak memory if a cpu UP notification
633          * and zs_init() race and both call zs_cpu_up() on the same cpu
634          */
635         if (area->vm)
636                 return 0;
637         area->vm = alloc_vm_area(PAGE_SIZE * 2, NULL);
638         if (!area->vm)
639                 return -ENOMEM;
640         return 0;
641 }
642
643 static inline void __zs_cpu_down(struct mapping_area *area)
644 {
645         if (area->vm)
646                 free_vm_area(area->vm);
647         area->vm = NULL;
648 }
649
650 static inline void *__zs_map_object(struct mapping_area *area,
651                                 struct page *pages[2], int off, int size)
652 {
653         BUG_ON(map_vm_area(area->vm, PAGE_KERNEL, &pages));
654         area->vm_addr = area->vm->addr;
655         return area->vm_addr + off;
656 }
657
658 static inline void __zs_unmap_object(struct mapping_area *area,
659                                 struct page *pages[2], int off, int size)
660 {
661         unsigned long addr = (unsigned long)area->vm_addr;
662         unsigned long end = addr + (PAGE_SIZE * 2);
663
664         flush_cache_vunmap(addr, end);
665         unmap_kernel_range_noflush(addr, PAGE_SIZE * 2);
666         local_flush_tlb_kernel_range(addr, end);
667 }
668
669 #else /* USE_PGTABLE_MAPPING */
670
671 static inline int __zs_cpu_up(struct mapping_area *area)
672 {
673         /*
674          * Make sure we don't leak memory if a cpu UP notification
675          * and zs_init() race and both call zs_cpu_up() on the same cpu
676          */
677         if (area->vm_buf)
678                 return 0;
679         area->vm_buf = (char *)__get_free_page(GFP_KERNEL);
680         if (!area->vm_buf)
681                 return -ENOMEM;
682         return 0;
683 }
684
685 static inline void __zs_cpu_down(struct mapping_area *area)
686 {
687         if (area->vm_buf)
688                 free_page((unsigned long)area->vm_buf);
689         area->vm_buf = NULL;
690 }
691
692 static void *__zs_map_object(struct mapping_area *area,
693                         struct page *pages[2], int off, int size)
694 {
695         int sizes[2];
696         void *addr;
697         char *buf = area->vm_buf;
698
699         /* disable page faults to match kmap_atomic() return conditions */
700         pagefault_disable();
701
702         /* no read fastpath */
703         if (area->vm_mm == ZS_MM_WO)
704                 goto out;
705
706         sizes[0] = PAGE_SIZE - off;
707         sizes[1] = size - sizes[0];
708
709         /* copy object to per-cpu buffer */
710         addr = kmap_atomic(pages[0]);
711         memcpy(buf, addr + off, sizes[0]);
712         kunmap_atomic(addr);
713         addr = kmap_atomic(pages[1]);
714         memcpy(buf + sizes[0], addr, sizes[1]);
715         kunmap_atomic(addr);
716 out:
717         return area->vm_buf;
718 }
719
720 static void __zs_unmap_object(struct mapping_area *area,
721                         struct page *pages[2], int off, int size)
722 {
723         int sizes[2];
724         void *addr;
725         char *buf = area->vm_buf;
726
727         /* no write fastpath */
728         if (area->vm_mm == ZS_MM_RO)
729                 goto out;
730
731         sizes[0] = PAGE_SIZE - off;
732         sizes[1] = size - sizes[0];
733
734         /* copy per-cpu buffer to object */
735         addr = kmap_atomic(pages[0]);
736         memcpy(addr + off, buf, sizes[0]);
737         kunmap_atomic(addr);
738         addr = kmap_atomic(pages[1]);
739         memcpy(addr, buf + sizes[0], sizes[1]);
740         kunmap_atomic(addr);
741
742 out:
743         /* enable page faults to match kunmap_atomic() return conditions */
744         pagefault_enable();
745 }
746
747 #endif /* USE_PGTABLE_MAPPING */
748
749 static int zs_cpu_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long action,
750                                 void *pcpu)
751 {
752         int ret, cpu = (long)pcpu;
753         struct mapping_area *area;
754
755         switch (action) {
756         case CPU_UP_PREPARE:
757                 area = &per_cpu(zs_map_area, cpu);
758                 ret = __zs_cpu_up(area);
759                 if (ret)
760                         return notifier_from_errno(ret);
761                 break;
762         case CPU_DEAD:
763         case CPU_UP_CANCELED:
764                 area = &per_cpu(zs_map_area, cpu);
765                 __zs_cpu_down(area);
766                 break;
767         }
768
769         return NOTIFY_OK;
770 }
771
772 static struct notifier_block zs_cpu_nb = {
773         .notifier_call = zs_cpu_notifier
774 };
775
776 static void zs_exit(void)
777 {
778         int cpu;
779
780         for_each_online_cpu(cpu)
781                 zs_cpu_notifier(NULL, CPU_DEAD, (void *)(long)cpu);
782         unregister_cpu_notifier(&zs_cpu_nb);
783 }
784
785 static int zs_init(void)
786 {
787         int cpu, ret;
788
789         register_cpu_notifier(&zs_cpu_nb);
790         for_each_online_cpu(cpu) {
791                 ret = zs_cpu_notifier(NULL, CPU_UP_PREPARE, (void *)(long)cpu);
792                 if (notifier_to_errno(ret))
793                         goto fail;
794         }
795         return 0;
796 fail:
797         zs_exit();
798         return notifier_to_errno(ret);
799 }
800
801 struct zs_pool *zs_create_pool(const char *name, gfp_t flags)
802 {
803         int i, ovhd_size;
804         struct zs_pool *pool;
805
806         if (!name)
807                 return NULL;
808
809         ovhd_size = roundup(sizeof(*pool), PAGE_SIZE);
810         pool = kzalloc(ovhd_size, GFP_KERNEL);
811         if (!pool)
812                 return NULL;
813
814         for (i = 0; i < ZS_SIZE_CLASSES; i++) {
815                 int size;
816                 struct size_class *class;
817
818                 size = ZS_MIN_ALLOC_SIZE + i * ZS_SIZE_CLASS_DELTA;
819                 if (size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE)
820                         size = ZS_MAX_ALLOC_SIZE;
821
822                 class = &pool->size_class[i];
823                 class->size = size;
824                 class->index = i;
825                 spin_lock_init(&class->lock);
826                 class->pages_per_zspage = get_pages_per_zspage(size);
827
828         }
829
830         pool->flags = flags;
831         pool->name = name;
832
833         return pool;
834 }
835 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_create_pool);
836
837 void zs_destroy_pool(struct zs_pool *pool)
838 {
839         int i;
840
841         for (i = 0; i < ZS_SIZE_CLASSES; i++) {
842                 int fg;
843                 struct size_class *class = &pool->size_class[i];
844
845                 for (fg = 0; fg < _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS; fg++) {
846                         if (class->fullness_list[fg]) {
847                                 pr_info("Freeing non-empty class with size "
848                                         "%db, fullness group %d\n",
849                                         class->size, fg);
850                         }
851                 }
852         }
853         kfree(pool);
854 }
855 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_destroy_pool);
856
857 /**
858  * zs_malloc - Allocate block of given size from pool.
859  * @pool: pool to allocate from
860  * @size: size of block to allocate
861  *
862  * On success, handle to the allocated object is returned,
863  * otherwise 0.
864  * Allocation requests with size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE will fail.
865  */
866 unsigned long zs_malloc(struct zs_pool *pool, size_t size)
867 {
868         unsigned long obj;
869         struct link_free *link;
870         int class_idx;
871         struct size_class *class;
872
873         struct page *first_page, *m_page;
874         unsigned long m_objidx, m_offset;
875
876         if (unlikely(!size || size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE))
877                 return 0;
878
879         class_idx = get_size_class_index(size);
880         class = &pool->size_class[class_idx];
881         BUG_ON(class_idx != class->index);
882
883         spin_lock(&class->lock);
884         first_page = find_get_zspage(class);
885
886         if (!first_page) {
887                 spin_unlock(&class->lock);
888                 first_page = alloc_zspage(class, pool->flags);
889                 if (unlikely(!first_page))
890                         return 0;
891
892                 set_zspage_mapping(first_page, class->index, ZS_EMPTY);
893                 spin_lock(&class->lock);
894                 class->pages_allocated += class->pages_per_zspage;
895         }
896
897         obj = (unsigned long)first_page->freelist;
898         obj_handle_to_location(obj, &m_page, &m_objidx);
899         m_offset = obj_idx_to_offset(m_page, m_objidx, class->size);
900
901         link = (struct link_free *)kmap_atomic(m_page) +
902                                         m_offset / sizeof(*link);
903         first_page->freelist = link->next;
904         memset(link, POISON_INUSE, sizeof(*link));
905         kunmap_atomic(link);
906
907         first_page->inuse++;
908         /* Now move the zspage to another fullness group, if required */
909         fix_fullness_group(pool, first_page);
910         spin_unlock(&class->lock);
911
912         return obj;
913 }
914 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_malloc);
915
916 void zs_free(struct zs_pool *pool, unsigned long obj)
917 {
918         struct link_free *link;
919         struct page *first_page, *f_page;
920         unsigned long f_objidx, f_offset;
921
922         int class_idx;
923         struct size_class *class;
924         enum fullness_group fullness;
925
926         if (unlikely(!obj))
927                 return;
928
929         obj_handle_to_location(obj, &f_page, &f_objidx);
930         first_page = get_first_page(f_page);
931
932         get_zspage_mapping(first_page, &class_idx, &fullness);
933         class = &pool->size_class[class_idx];
934         f_offset = obj_idx_to_offset(f_page, f_objidx, class->size);
935
936         spin_lock(&class->lock);
937
938         /* Insert this object in containing zspage's freelist */
939         link = (struct link_free *)((unsigned char *)kmap_atomic(f_page)
940                                                         + f_offset);
941         link->next = first_page->freelist;
942         kunmap_atomic(link);
943         first_page->freelist = (void *)obj;
944
945         first_page->inuse--;
946         fullness = fix_fullness_group(pool, first_page);
947
948         if (fullness == ZS_EMPTY)
949                 class->pages_allocated -= class->pages_per_zspage;
950
951         spin_unlock(&class->lock);
952
953         if (fullness == ZS_EMPTY)
954                 free_zspage(first_page);
955 }
956 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_free);
957
958 /**
959  * zs_map_object - get address of allocated object from handle.
960  * @pool: pool from which the object was allocated
961  * @handle: handle returned from zs_malloc
962  *
963  * Before using an object allocated from zs_malloc, it must be mapped using
964  * this function. When done with the object, it must be unmapped using
965  * zs_unmap_object.
966  *
967  * Only one object can be mapped per cpu at a time. There is no protection
968  * against nested mappings.
969  *
970  * This function returns with preemption and page faults disabled.
971 */
972 void *zs_map_object(struct zs_pool *pool, unsigned long handle,
973                         enum zs_mapmode mm)
974 {
975         struct page *page;
976         unsigned long obj_idx, off;
977
978         unsigned int class_idx;
979         enum fullness_group fg;
980         struct size_class *class;
981         struct mapping_area *area;
982         struct page *pages[2];
983
984         BUG_ON(!handle);
985
986         /*
987          * Because we use per-cpu mapping areas shared among the
988          * pools/users, we can't allow mapping in interrupt context
989          * because it can corrupt another users mappings.
990          */
991         BUG_ON(in_interrupt());
992
993         obj_handle_to_location(handle, &page, &obj_idx);
994         get_zspage_mapping(get_first_page(page), &class_idx, &fg);
995         class = &pool->size_class[class_idx];
996         off = obj_idx_to_offset(page, obj_idx, class->size);
997
998         area = &get_cpu_var(zs_map_area);
999         area->vm_mm = mm;
1000         if (off + class->size <= PAGE_SIZE) {
1001                 /* this object is contained entirely within a page */
1002                 area->vm_addr = kmap_atomic(page);
1003                 return area->vm_addr + off;
1004         }
1005
1006         /* this object spans two pages */
1007         pages[0] = page;
1008         pages[1] = get_next_page(page);
1009         BUG_ON(!pages[1]);
1010
1011         return __zs_map_object(area, pages, off, class->size);
1012 }
1013 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_map_object);
1014
1015 void zs_unmap_object(struct zs_pool *pool, unsigned long handle)
1016 {
1017         struct page *page;
1018         unsigned long obj_idx, off;
1019
1020         unsigned int class_idx;
1021         enum fullness_group fg;
1022         struct size_class *class;
1023         struct mapping_area *area;
1024
1025         BUG_ON(!handle);
1026
1027         obj_handle_to_location(handle, &page, &obj_idx);
1028         get_zspage_mapping(get_first_page(page), &class_idx, &fg);
1029         class = &pool->size_class[class_idx];
1030         off = obj_idx_to_offset(page, obj_idx, class->size);
1031
1032         area = &__get_cpu_var(zs_map_area);
1033         if (off + class->size <= PAGE_SIZE)
1034                 kunmap_atomic(area->vm_addr);
1035         else {
1036                 struct page *pages[2];
1037
1038                 pages[0] = page;
1039                 pages[1] = get_next_page(page);
1040                 BUG_ON(!pages[1]);
1041
1042                 __zs_unmap_object(area, pages, off, class->size);
1043         }
1044         put_cpu_var(zs_map_area);
1045 }
1046 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_unmap_object);
1047
1048 u64 zs_get_total_size_bytes(struct zs_pool *pool)
1049 {
1050         int i;
1051         u64 npages = 0;
1052
1053         for (i = 0; i < ZS_SIZE_CLASSES; i++)
1054                 npages += pool->size_class[i].pages_allocated;
1055
1056         return npages << PAGE_SHIFT;
1057 }
1058 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_get_total_size_bytes);
1059
1060 module_init(zs_init);
1061 module_exit(zs_exit);
1062
1063 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
1064 MODULE_AUTHOR("Nitin Gupta <ngupta@vflare.org>");