]> rtime.felk.cvut.cz Git - zynq/linux.git/blob - include/linux/radix-tree.h
Apply preempt_rt patch-4.9-rt1.patch.xz
[zynq/linux.git] / include / linux / radix-tree.h
1 /*
2  * Copyright (C) 2001 Momchil Velikov
3  * Portions Copyright (C) 2001 Christoph Hellwig
4  * Copyright (C) 2006 Nick Piggin
5  * Copyright (C) 2012 Konstantin Khlebnikov
6  *
7  * This program is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU General Public License as
9  * published by the Free Software Foundation; either version 2, or (at
10  * your option) any later version.
11  * 
12  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
13  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * General Public License for more details.
16  * 
17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
18  * along with this program; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
20  */
21 #ifndef _LINUX_RADIX_TREE_H
22 #define _LINUX_RADIX_TREE_H
23
24 #include <linux/bitops.h>
25 #include <linux/preempt.h>
26 #include <linux/types.h>
27 #include <linux/bug.h>
28 #include <linux/kernel.h>
29 #include <linux/rcupdate.h>
30
31 /*
32  * The bottom two bits of the slot determine how the remaining bits in the
33  * slot are interpreted:
34  *
35  * 00 - data pointer
36  * 01 - internal entry
37  * 10 - exceptional entry
38  * 11 - this bit combination is currently unused/reserved
39  *
40  * The internal entry may be a pointer to the next level in the tree, a
41  * sibling entry, or an indicator that the entry in this slot has been moved
42  * to another location in the tree and the lookup should be restarted.  While
43  * NULL fits the 'data pointer' pattern, it means that there is no entry in
44  * the tree for this index (no matter what level of the tree it is found at).
45  * This means that you cannot store NULL in the tree as a value for the index.
46  */
47 #define RADIX_TREE_ENTRY_MASK           3UL
48 #define RADIX_TREE_INTERNAL_NODE        1UL
49
50 /*
51  * Most users of the radix tree store pointers but shmem/tmpfs stores swap
52  * entries in the same tree.  They are marked as exceptional entries to
53  * distinguish them from pointers to struct page.
54  * EXCEPTIONAL_ENTRY tests the bit, EXCEPTIONAL_SHIFT shifts content past it.
55  */
56 #define RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_ENTRY    2
57 #define RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_SHIFT    2
58
59 static inline bool radix_tree_is_internal_node(void *ptr)
60 {
61         return ((unsigned long)ptr & RADIX_TREE_ENTRY_MASK) ==
62                                 RADIX_TREE_INTERNAL_NODE;
63 }
64
65 /*** radix-tree API starts here ***/
66
67 #define RADIX_TREE_MAX_TAGS 3
68
69 #ifndef RADIX_TREE_MAP_SHIFT
70 #define RADIX_TREE_MAP_SHIFT    (CONFIG_BASE_SMALL ? 4 : 6)
71 #endif
72
73 #define RADIX_TREE_MAP_SIZE     (1UL << RADIX_TREE_MAP_SHIFT)
74 #define RADIX_TREE_MAP_MASK     (RADIX_TREE_MAP_SIZE-1)
75
76 #define RADIX_TREE_TAG_LONGS    \
77         ((RADIX_TREE_MAP_SIZE + BITS_PER_LONG - 1) / BITS_PER_LONG)
78
79 #define RADIX_TREE_INDEX_BITS  (8 /* CHAR_BIT */ * sizeof(unsigned long))
80 #define RADIX_TREE_MAX_PATH (DIV_ROUND_UP(RADIX_TREE_INDEX_BITS, \
81                                           RADIX_TREE_MAP_SHIFT))
82
83 /* Internally used bits of node->count */
84 #define RADIX_TREE_COUNT_SHIFT  (RADIX_TREE_MAP_SHIFT + 1)
85 #define RADIX_TREE_COUNT_MASK   ((1UL << RADIX_TREE_COUNT_SHIFT) - 1)
86
87 struct radix_tree_node {
88         unsigned char   shift;  /* Bits remaining in each slot */
89         unsigned char   offset; /* Slot offset in parent */
90         unsigned int    count;
91         union {
92                 struct {
93                         /* Used when ascending tree */
94                         struct radix_tree_node *parent;
95                         /* For tree user */
96                         void *private_data;
97                 };
98                 /* Used when freeing node */
99                 struct rcu_head rcu_head;
100         };
101         /* For tree user */
102         struct list_head private_list;
103         void __rcu      *slots[RADIX_TREE_MAP_SIZE];
104         unsigned long   tags[RADIX_TREE_MAX_TAGS][RADIX_TREE_TAG_LONGS];
105 };
106
107 /* root tags are stored in gfp_mask, shifted by __GFP_BITS_SHIFT */
108 struct radix_tree_root {
109         gfp_t                   gfp_mask;
110         struct radix_tree_node  __rcu *rnode;
111 };
112
113 #define RADIX_TREE_INIT(mask)   {                                       \
114         .gfp_mask = (mask),                                             \
115         .rnode = NULL,                                                  \
116 }
117
118 #define RADIX_TREE(name, mask) \
119         struct radix_tree_root name = RADIX_TREE_INIT(mask)
120
121 #define INIT_RADIX_TREE(root, mask)                                     \
122 do {                                                                    \
123         (root)->gfp_mask = (mask);                                      \
124         (root)->rnode = NULL;                                           \
125 } while (0)
126
127 static inline bool radix_tree_empty(struct radix_tree_root *root)
128 {
129         return root->rnode == NULL;
130 }
131
132 /**
133  * Radix-tree synchronization
134  *
135  * The radix-tree API requires that users provide all synchronisation (with
136  * specific exceptions, noted below).
137  *
138  * Synchronization of access to the data items being stored in the tree, and
139  * management of their lifetimes must be completely managed by API users.
140  *
141  * For API usage, in general,
142  * - any function _modifying_ the tree or tags (inserting or deleting
143  *   items, setting or clearing tags) must exclude other modifications, and
144  *   exclude any functions reading the tree.
145  * - any function _reading_ the tree or tags (looking up items or tags,
146  *   gang lookups) must exclude modifications to the tree, but may occur
147  *   concurrently with other readers.
148  *
149  * The notable exceptions to this rule are the following functions:
150  * __radix_tree_lookup
151  * radix_tree_lookup
152  * radix_tree_lookup_slot
153  * radix_tree_tag_get
154  * radix_tree_gang_lookup
155  * radix_tree_gang_lookup_slot
156  * radix_tree_gang_lookup_tag
157  * radix_tree_gang_lookup_tag_slot
158  * radix_tree_tagged
159  *
160  * The first 8 functions are able to be called locklessly, using RCU. The
161  * caller must ensure calls to these functions are made within rcu_read_lock()
162  * regions. Other readers (lock-free or otherwise) and modifications may be
163  * running concurrently.
164  *
165  * It is still required that the caller manage the synchronization and lifetimes
166  * of the items. So if RCU lock-free lookups are used, typically this would mean
167  * that the items have their own locks, or are amenable to lock-free access; and
168  * that the items are freed by RCU (or only freed after having been deleted from
169  * the radix tree *and* a synchronize_rcu() grace period).
170  *
171  * (Note, rcu_assign_pointer and rcu_dereference are not needed to control
172  * access to data items when inserting into or looking up from the radix tree)
173  *
174  * Note that the value returned by radix_tree_tag_get() may not be relied upon
175  * if only the RCU read lock is held.  Functions to set/clear tags and to
176  * delete nodes running concurrently with it may affect its result such that
177  * two consecutive reads in the same locked section may return different
178  * values.  If reliability is required, modification functions must also be
179  * excluded from concurrency.
180  *
181  * radix_tree_tagged is able to be called without locking or RCU.
182  */
183
184 /**
185  * radix_tree_deref_slot        - dereference a slot
186  * @pslot:      pointer to slot, returned by radix_tree_lookup_slot
187  * Returns:     item that was stored in that slot with any direct pointer flag
188  *              removed.
189  *
190  * For use with radix_tree_lookup_slot().  Caller must hold tree at least read
191  * locked across slot lookup and dereference. Not required if write lock is
192  * held (ie. items cannot be concurrently inserted).
193  *
194  * radix_tree_deref_retry must be used to confirm validity of the pointer if
195  * only the read lock is held.
196  */
197 static inline void *radix_tree_deref_slot(void **pslot)
198 {
199         return rcu_dereference(*pslot);
200 }
201
202 /**
203  * radix_tree_deref_slot_protected      - dereference a slot without RCU lock but with tree lock held
204  * @pslot:      pointer to slot, returned by radix_tree_lookup_slot
205  * Returns:     item that was stored in that slot with any direct pointer flag
206  *              removed.
207  *
208  * Similar to radix_tree_deref_slot but only used during migration when a pages
209  * mapping is being moved. The caller does not hold the RCU read lock but it
210  * must hold the tree lock to prevent parallel updates.
211  */
212 static inline void *radix_tree_deref_slot_protected(void **pslot,
213                                                         spinlock_t *treelock)
214 {
215         return rcu_dereference_protected(*pslot, lockdep_is_held(treelock));
216 }
217
218 /**
219  * radix_tree_deref_retry       - check radix_tree_deref_slot
220  * @arg:        pointer returned by radix_tree_deref_slot
221  * Returns:     0 if retry is not required, otherwise retry is required
222  *
223  * radix_tree_deref_retry must be used with radix_tree_deref_slot.
224  */
225 static inline int radix_tree_deref_retry(void *arg)
226 {
227         return unlikely(radix_tree_is_internal_node(arg));
228 }
229
230 /**
231  * radix_tree_exceptional_entry - radix_tree_deref_slot gave exceptional entry?
232  * @arg:        value returned by radix_tree_deref_slot
233  * Returns:     0 if well-aligned pointer, non-0 if exceptional entry.
234  */
235 static inline int radix_tree_exceptional_entry(void *arg)
236 {
237         /* Not unlikely because radix_tree_exception often tested first */
238         return (unsigned long)arg & RADIX_TREE_EXCEPTIONAL_ENTRY;
239 }
240
241 /**
242  * radix_tree_exception - radix_tree_deref_slot returned either exception?
243  * @arg:        value returned by radix_tree_deref_slot
244  * Returns:     0 if well-aligned pointer, non-0 if either kind of exception.
245  */
246 static inline int radix_tree_exception(void *arg)
247 {
248         return unlikely((unsigned long)arg & RADIX_TREE_ENTRY_MASK);
249 }
250
251 /**
252  * radix_tree_replace_slot      - replace item in a slot
253  * @pslot:      pointer to slot, returned by radix_tree_lookup_slot
254  * @item:       new item to store in the slot.
255  *
256  * For use with radix_tree_lookup_slot().  Caller must hold tree write locked
257  * across slot lookup and replacement.
258  */
259 static inline void radix_tree_replace_slot(void **pslot, void *item)
260 {
261         BUG_ON(radix_tree_is_internal_node(item));
262         rcu_assign_pointer(*pslot, item);
263 }
264
265 int __radix_tree_create(struct radix_tree_root *root, unsigned long index,
266                         unsigned order, struct radix_tree_node **nodep,
267                         void ***slotp);
268 int __radix_tree_insert(struct radix_tree_root *, unsigned long index,
269                         unsigned order, void *);
270 static inline int radix_tree_insert(struct radix_tree_root *root,
271                         unsigned long index, void *entry)
272 {
273         return __radix_tree_insert(root, index, 0, entry);
274 }
275 void *__radix_tree_lookup(struct radix_tree_root *root, unsigned long index,
276                           struct radix_tree_node **nodep, void ***slotp);
277 void *radix_tree_lookup(struct radix_tree_root *, unsigned long);
278 void **radix_tree_lookup_slot(struct radix_tree_root *, unsigned long);
279 bool __radix_tree_delete_node(struct radix_tree_root *root,
280                               struct radix_tree_node *node);
281 void *radix_tree_delete_item(struct radix_tree_root *, unsigned long, void *);
282 void *radix_tree_delete(struct radix_tree_root *, unsigned long);
283 void radix_tree_clear_tags(struct radix_tree_root *root,
284                            struct radix_tree_node *node,
285                            void **slot);
286 unsigned int radix_tree_gang_lookup(struct radix_tree_root *root,
287                         void **results, unsigned long first_index,
288                         unsigned int max_items);
289 unsigned int radix_tree_gang_lookup_slot(struct radix_tree_root *root,
290                         void ***results, unsigned long *indices,
291                         unsigned long first_index, unsigned int max_items);
292 #ifdef CONFIG_PREEMPT_RT_FULL
293 static inline int radix_tree_preload(gfp_t gm) { return 0; }
294 static inline int radix_tree_maybe_preload(gfp_t gfp_mask) { return 0; }
295 static inline int radix_tree_maybe_preload_order(gfp_t gfp_mask, int order)
296 {
297         return 0;
298 };
299
300 #else
301 int radix_tree_preload(gfp_t gfp_mask);
302 int radix_tree_maybe_preload(gfp_t gfp_mask);
303 int radix_tree_maybe_preload_order(gfp_t gfp_mask, int order);
304 #endif
305 void radix_tree_init(void);
306 void *radix_tree_tag_set(struct radix_tree_root *root,
307                         unsigned long index, unsigned int tag);
308 void *radix_tree_tag_clear(struct radix_tree_root *root,
309                         unsigned long index, unsigned int tag);
310 int radix_tree_tag_get(struct radix_tree_root *root,
311                         unsigned long index, unsigned int tag);
312 unsigned int
313 radix_tree_gang_lookup_tag(struct radix_tree_root *root, void **results,
314                 unsigned long first_index, unsigned int max_items,
315                 unsigned int tag);
316 unsigned int
317 radix_tree_gang_lookup_tag_slot(struct radix_tree_root *root, void ***results,
318                 unsigned long first_index, unsigned int max_items,
319                 unsigned int tag);
320 unsigned long radix_tree_range_tag_if_tagged(struct radix_tree_root *root,
321                 unsigned long *first_indexp, unsigned long last_index,
322                 unsigned long nr_to_tag,
323                 unsigned int fromtag, unsigned int totag);
324 int radix_tree_tagged(struct radix_tree_root *root, unsigned int tag);
325 unsigned long radix_tree_locate_item(struct radix_tree_root *root, void *item);
326
327 static inline void radix_tree_preload_end(void)
328 {
329         preempt_enable_nort();
330 }
331
332 /**
333  * struct radix_tree_iter - radix tree iterator state
334  *
335  * @index:      index of current slot
336  * @next_index: one beyond the last index for this chunk
337  * @tags:       bit-mask for tag-iterating
338  * @shift:      shift for the node that holds our slots
339  *
340  * This radix tree iterator works in terms of "chunks" of slots.  A chunk is a
341  * subinterval of slots contained within one radix tree leaf node.  It is
342  * described by a pointer to its first slot and a struct radix_tree_iter
343  * which holds the chunk's position in the tree and its size.  For tagged
344  * iteration radix_tree_iter also holds the slots' bit-mask for one chosen
345  * radix tree tag.
346  */
347 struct radix_tree_iter {
348         unsigned long   index;
349         unsigned long   next_index;
350         unsigned long   tags;
351 #ifdef CONFIG_RADIX_TREE_MULTIORDER
352         unsigned int    shift;
353 #endif
354 };
355
356 static inline unsigned int iter_shift(struct radix_tree_iter *iter)
357 {
358 #ifdef CONFIG_RADIX_TREE_MULTIORDER
359         return iter->shift;
360 #else
361         return 0;
362 #endif
363 }
364
365 #define RADIX_TREE_ITER_TAG_MASK        0x00FF  /* tag index in lower byte */
366 #define RADIX_TREE_ITER_TAGGED          0x0100  /* lookup tagged slots */
367 #define RADIX_TREE_ITER_CONTIG          0x0200  /* stop at first hole */
368
369 /**
370  * radix_tree_iter_init - initialize radix tree iterator
371  *
372  * @iter:       pointer to iterator state
373  * @start:      iteration starting index
374  * Returns:     NULL
375  */
376 static __always_inline void **
377 radix_tree_iter_init(struct radix_tree_iter *iter, unsigned long start)
378 {
379         /*
380          * Leave iter->tags uninitialized. radix_tree_next_chunk() will fill it
381          * in the case of a successful tagged chunk lookup.  If the lookup was
382          * unsuccessful or non-tagged then nobody cares about ->tags.
383          *
384          * Set index to zero to bypass next_index overflow protection.
385          * See the comment in radix_tree_next_chunk() for details.
386          */
387         iter->index = 0;
388         iter->next_index = start;
389         return NULL;
390 }
391
392 /**
393  * radix_tree_next_chunk - find next chunk of slots for iteration
394  *
395  * @root:       radix tree root
396  * @iter:       iterator state
397  * @flags:      RADIX_TREE_ITER_* flags and tag index
398  * Returns:     pointer to chunk first slot, or NULL if there no more left
399  *
400  * This function looks up the next chunk in the radix tree starting from
401  * @iter->next_index.  It returns a pointer to the chunk's first slot.
402  * Also it fills @iter with data about chunk: position in the tree (index),
403  * its end (next_index), and constructs a bit mask for tagged iterating (tags).
404  */
405 void **radix_tree_next_chunk(struct radix_tree_root *root,
406                              struct radix_tree_iter *iter, unsigned flags);
407
408 /**
409  * radix_tree_iter_retry - retry this chunk of the iteration
410  * @iter:       iterator state
411  *
412  * If we iterate over a tree protected only by the RCU lock, a race
413  * against deletion or creation may result in seeing a slot for which
414  * radix_tree_deref_retry() returns true.  If so, call this function
415  * and continue the iteration.
416  */
417 static inline __must_check
418 void **radix_tree_iter_retry(struct radix_tree_iter *iter)
419 {
420         iter->next_index = iter->index;
421         iter->tags = 0;
422         return NULL;
423 }
424
425 static inline unsigned long
426 __radix_tree_iter_add(struct radix_tree_iter *iter, unsigned long slots)
427 {
428         return iter->index + (slots << iter_shift(iter));
429 }
430
431 /**
432  * radix_tree_iter_next - resume iterating when the chunk may be invalid
433  * @iter:       iterator state
434  *
435  * If the iterator needs to release then reacquire a lock, the chunk may
436  * have been invalidated by an insertion or deletion.  Call this function
437  * to continue the iteration from the next index.
438  */
439 static inline __must_check
440 void **radix_tree_iter_next(struct radix_tree_iter *iter)
441 {
442         iter->next_index = __radix_tree_iter_add(iter, 1);
443         iter->tags = 0;
444         return NULL;
445 }
446
447 /**
448  * radix_tree_chunk_size - get current chunk size
449  *
450  * @iter:       pointer to radix tree iterator
451  * Returns:     current chunk size
452  */
453 static __always_inline long
454 radix_tree_chunk_size(struct radix_tree_iter *iter)
455 {
456         return (iter->next_index - iter->index) >> iter_shift(iter);
457 }
458
459 static inline struct radix_tree_node *entry_to_node(void *ptr)
460 {
461         return (void *)((unsigned long)ptr & ~RADIX_TREE_INTERNAL_NODE);
462 }
463
464 /**
465  * radix_tree_next_slot - find next slot in chunk
466  *
467  * @slot:       pointer to current slot
468  * @iter:       pointer to interator state
469  * @flags:      RADIX_TREE_ITER_*, should be constant
470  * Returns:     pointer to next slot, or NULL if there no more left
471  *
472  * This function updates @iter->index in the case of a successful lookup.
473  * For tagged lookup it also eats @iter->tags.
474  *
475  * There are several cases where 'slot' can be passed in as NULL to this
476  * function.  These cases result from the use of radix_tree_iter_next() or
477  * radix_tree_iter_retry().  In these cases we don't end up dereferencing
478  * 'slot' because either:
479  * a) we are doing tagged iteration and iter->tags has been set to 0, or
480  * b) we are doing non-tagged iteration, and iter->index and iter->next_index
481  *    have been set up so that radix_tree_chunk_size() returns 1 or 0.
482  */
483 static __always_inline void **
484 radix_tree_next_slot(void **slot, struct radix_tree_iter *iter, unsigned flags)
485 {
486         if (flags & RADIX_TREE_ITER_TAGGED) {
487                 void *canon = slot;
488
489                 iter->tags >>= 1;
490                 if (unlikely(!iter->tags))
491                         return NULL;
492                 while (IS_ENABLED(CONFIG_RADIX_TREE_MULTIORDER) &&
493                                         radix_tree_is_internal_node(slot[1])) {
494                         if (entry_to_node(slot[1]) == canon) {
495                                 iter->tags >>= 1;
496                                 iter->index = __radix_tree_iter_add(iter, 1);
497                                 slot++;
498                                 continue;
499                         }
500                         iter->next_index = __radix_tree_iter_add(iter, 1);
501                         return NULL;
502                 }
503                 if (likely(iter->tags & 1ul)) {
504                         iter->index = __radix_tree_iter_add(iter, 1);
505                         return slot + 1;
506                 }
507                 if (!(flags & RADIX_TREE_ITER_CONTIG)) {
508                         unsigned offset = __ffs(iter->tags);
509
510                         iter->tags >>= offset;
511                         iter->index = __radix_tree_iter_add(iter, offset + 1);
512                         return slot + offset + 1;
513                 }
514         } else {
515                 long count = radix_tree_chunk_size(iter);
516                 void *canon = slot;
517
518                 while (--count > 0) {
519                         slot++;
520                         iter->index = __radix_tree_iter_add(iter, 1);
521
522                         if (IS_ENABLED(CONFIG_RADIX_TREE_MULTIORDER) &&
523                             radix_tree_is_internal_node(*slot)) {
524                                 if (entry_to_node(*slot) == canon)
525                                         continue;
526                                 iter->next_index = iter->index;
527                                 break;
528                         }
529
530                         if (likely(*slot))
531                                 return slot;
532                         if (flags & RADIX_TREE_ITER_CONTIG) {
533                                 /* forbid switching to the next chunk */
534                                 iter->next_index = 0;
535                                 break;
536                         }
537                 }
538         }
539         return NULL;
540 }
541
542 /**
543  * radix_tree_for_each_slot - iterate over non-empty slots
544  *
545  * @slot:       the void** variable for pointer to slot
546  * @root:       the struct radix_tree_root pointer
547  * @iter:       the struct radix_tree_iter pointer
548  * @start:      iteration starting index
549  *
550  * @slot points to radix tree slot, @iter->index contains its index.
551  */
552 #define radix_tree_for_each_slot(slot, root, iter, start)               \
553         for (slot = radix_tree_iter_init(iter, start) ;                 \
554              slot || (slot = radix_tree_next_chunk(root, iter, 0)) ;    \
555              slot = radix_tree_next_slot(slot, iter, 0))
556
557 /**
558  * radix_tree_for_each_contig - iterate over contiguous slots
559  *
560  * @slot:       the void** variable for pointer to slot
561  * @root:       the struct radix_tree_root pointer
562  * @iter:       the struct radix_tree_iter pointer
563  * @start:      iteration starting index
564  *
565  * @slot points to radix tree slot, @iter->index contains its index.
566  */
567 #define radix_tree_for_each_contig(slot, root, iter, start)             \
568         for (slot = radix_tree_iter_init(iter, start) ;                 \
569              slot || (slot = radix_tree_next_chunk(root, iter,          \
570                                 RADIX_TREE_ITER_CONTIG)) ;              \
571              slot = radix_tree_next_slot(slot, iter,                    \
572                                 RADIX_TREE_ITER_CONTIG))
573
574 /**
575  * radix_tree_for_each_tagged - iterate over tagged slots
576  *
577  * @slot:       the void** variable for pointer to slot
578  * @root:       the struct radix_tree_root pointer
579  * @iter:       the struct radix_tree_iter pointer
580  * @start:      iteration starting index
581  * @tag:        tag index
582  *
583  * @slot points to radix tree slot, @iter->index contains its index.
584  */
585 #define radix_tree_for_each_tagged(slot, root, iter, start, tag)        \
586         for (slot = radix_tree_iter_init(iter, start) ;                 \
587              slot || (slot = radix_tree_next_chunk(root, iter,          \
588                               RADIX_TREE_ITER_TAGGED | tag)) ;          \
589              slot = radix_tree_next_slot(slot, iter,                    \
590                                 RADIX_TREE_ITER_TAGGED))
591
592 #endif /* _LINUX_RADIX_TREE_H */