]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-linux.git/blob - lib/idr.c
e79e051bddc10d448e083e3422618c4980e5cb02
[karo-tx-linux.git] / lib / idr.c
1 /*
2  * 2002-10-18  written by Jim Houston jim.houston@ccur.com
3  *      Copyright (C) 2002 by Concurrent Computer Corporation
4  *      Distributed under the GNU GPL license version 2.
5  *
6  * Modified by George Anzinger to reuse immediately and to use
7  * find bit instructions.  Also removed _irq on spinlocks.
8  *
9  * Modified by Nadia Derbey to make it RCU safe.
10  *
11  * Small id to pointer translation service.
12  *
13  * It uses a radix tree like structure as a sparse array indexed
14  * by the id to obtain the pointer.  The bitmap makes allocating
15  * a new id quick.
16  *
17  * You call it to allocate an id (an int) an associate with that id a
18  * pointer or what ever, we treat it as a (void *).  You can pass this
19  * id to a user for him to pass back at a later time.  You then pass
20  * that id to this code and it returns your pointer.
21
22  * You can release ids at any time. When all ids are released, most of
23  * the memory is returned (we keep MAX_IDR_FREE) in a local pool so we
24  * don't need to go to the memory "store" during an id allocate, just
25  * so you don't need to be too concerned about locking and conflicts
26  * with the slab allocator.
27  */
28
29 #ifndef TEST                        // to test in user space...
30 #include <linux/slab.h>
31 #include <linux/init.h>
32 #include <linux/export.h>
33 #endif
34 #include <linux/err.h>
35 #include <linux/string.h>
36 #include <linux/idr.h>
37 #include <linux/spinlock.h>
38 #include <linux/percpu.h>
39 #include <linux/hardirq.h>
40
41 #define MAX_IDR_SHIFT           (sizeof(int) * 8 - 1)
42 #define MAX_IDR_BIT             (1U << MAX_IDR_SHIFT)
43
44 /* Leave the possibility of an incomplete final layer */
45 #define MAX_IDR_LEVEL ((MAX_IDR_SHIFT + IDR_BITS - 1) / IDR_BITS)
46
47 /* Number of id_layer structs to leave in free list */
48 #define MAX_IDR_FREE (MAX_IDR_LEVEL * 2)
49
50 static struct kmem_cache *idr_layer_cache;
51 static DEFINE_PER_CPU(struct idr_layer *, idr_preload_head);
52 static DEFINE_PER_CPU(int, idr_preload_cnt);
53 static DEFINE_SPINLOCK(simple_ida_lock);
54
55 /* the maximum ID which can be allocated given idr->layers */
56 static int idr_max(int layers)
57 {
58         int bits = min_t(int, layers * IDR_BITS, MAX_IDR_SHIFT);
59
60         return (1 << bits) - 1;
61 }
62
63 /*
64  * Prefix mask for an idr_layer at @layer.  For layer 0, the prefix mask is
65  * all bits except for the lower IDR_BITS.  For layer 1, 2 * IDR_BITS, and
66  * so on.
67  */
68 static int idr_layer_prefix_mask(int layer)
69 {
70         return ~idr_max(layer + 1);
71 }
72
73 static struct idr_layer *get_from_free_list(struct idr *idp)
74 {
75         struct idr_layer *p;
76         unsigned long flags;
77
78         spin_lock_irqsave(&idp->lock, flags);
79         if ((p = idp->id_free)) {
80                 idp->id_free = p->ary[0];
81                 idp->id_free_cnt--;
82                 p->ary[0] = NULL;
83         }
84         spin_unlock_irqrestore(&idp->lock, flags);
85         return(p);
86 }
87
88 /**
89  * idr_layer_alloc - allocate a new idr_layer
90  * @gfp_mask: allocation mask
91  * @layer_idr: optional idr to allocate from
92  *
93  * If @layer_idr is %NULL, directly allocate one using @gfp_mask or fetch
94  * one from the per-cpu preload buffer.  If @layer_idr is not %NULL, fetch
95  * an idr_layer from @idr->id_free.
96  *
97  * @layer_idr is to maintain backward compatibility with the old alloc
98  * interface - idr_pre_get() and idr_get_new*() - and will be removed
99  * together with per-pool preload buffer.
100  */
101 static struct idr_layer *idr_layer_alloc(gfp_t gfp_mask, struct idr *layer_idr)
102 {
103         struct idr_layer *new;
104
105         /* this is the old path, bypass to get_from_free_list() */
106         if (layer_idr)
107                 return get_from_free_list(layer_idr);
108
109         /*
110          * Try to allocate directly from kmem_cache.  We want to try this
111          * before preload buffer; otherwise, non-preloading idr_alloc()
112          * users will end up taking advantage of preloading ones.  As the
113          * following is allowed to fail for preloaded cases, suppress
114          * warning this time.
115          */
116         new = kmem_cache_zalloc(idr_layer_cache, gfp_mask | __GFP_NOWARN);
117         if (new)
118                 return new;
119
120         /*
121          * Try to fetch one from the per-cpu preload buffer if in process
122          * context.  See idr_preload() for details.
123          */
124         if (!in_interrupt()) {
125                 preempt_disable();
126                 new = __this_cpu_read(idr_preload_head);
127                 if (new) {
128                         __this_cpu_write(idr_preload_head, new->ary[0]);
129                         __this_cpu_dec(idr_preload_cnt);
130                         new->ary[0] = NULL;
131                 }
132                 preempt_enable();
133                 if (new)
134                         return new;
135         }
136
137         /*
138          * Both failed.  Try kmem_cache again w/o adding __GFP_NOWARN so
139          * that memory allocation failure warning is printed as intended.
140          */
141         return kmem_cache_zalloc(idr_layer_cache, gfp_mask);
142 }
143
144 static void idr_layer_rcu_free(struct rcu_head *head)
145 {
146         struct idr_layer *layer;
147
148         layer = container_of(head, struct idr_layer, rcu_head);
149         kmem_cache_free(idr_layer_cache, layer);
150 }
151
152 static inline void free_layer(struct idr *idr, struct idr_layer *p)
153 {
154         if (idr->hint && idr->hint == p)
155                 RCU_INIT_POINTER(idr->hint, NULL);
156         call_rcu(&p->rcu_head, idr_layer_rcu_free);
157 }
158
159 /* only called when idp->lock is held */
160 static void __move_to_free_list(struct idr *idp, struct idr_layer *p)
161 {
162         p->ary[0] = idp->id_free;
163         idp->id_free = p;
164         idp->id_free_cnt++;
165 }
166
167 static void move_to_free_list(struct idr *idp, struct idr_layer *p)
168 {
169         unsigned long flags;
170
171         /*
172          * Depends on the return element being zeroed.
173          */
174         spin_lock_irqsave(&idp->lock, flags);
175         __move_to_free_list(idp, p);
176         spin_unlock_irqrestore(&idp->lock, flags);
177 }
178
179 static void idr_mark_full(struct idr_layer **pa, int id)
180 {
181         struct idr_layer *p = pa[0];
182         int l = 0;
183
184         __set_bit(id & IDR_MASK, p->bitmap);
185         /*
186          * If this layer is full mark the bit in the layer above to
187          * show that this part of the radix tree is full.  This may
188          * complete the layer above and require walking up the radix
189          * tree.
190          */
191         while (bitmap_full(p->bitmap, IDR_SIZE)) {
192                 if (!(p = pa[++l]))
193                         break;
194                 id = id >> IDR_BITS;
195                 __set_bit((id & IDR_MASK), p->bitmap);
196         }
197 }
198
199 static int __idr_pre_get(struct idr *idp, gfp_t gfp_mask)
200 {
201         while (idp->id_free_cnt < MAX_IDR_FREE) {
202                 struct idr_layer *new;
203                 new = kmem_cache_zalloc(idr_layer_cache, gfp_mask);
204                 if (new == NULL)
205                         return (0);
206                 move_to_free_list(idp, new);
207         }
208         return 1;
209 }
210
211 /**
212  * sub_alloc - try to allocate an id without growing the tree depth
213  * @idp: idr handle
214  * @starting_id: id to start search at
215  * @pa: idr_layer[MAX_IDR_LEVEL] used as backtrack buffer
216  * @gfp_mask: allocation mask for idr_layer_alloc()
217  * @layer_idr: optional idr passed to idr_layer_alloc()
218  *
219  * Allocate an id in range [@starting_id, INT_MAX] from @idp without
220  * growing its depth.  Returns
221  *
222  *  the allocated id >= 0 if successful,
223  *  -EAGAIN if the tree needs to grow for allocation to succeed,
224  *  -ENOSPC if the id space is exhausted,
225  *  -ENOMEM if more idr_layers need to be allocated.
226  */
227 static int sub_alloc(struct idr *idp, int *starting_id, struct idr_layer **pa,
228                      gfp_t gfp_mask, struct idr *layer_idr)
229 {
230         int n, m, sh;
231         struct idr_layer *p, *new;
232         int l, id, oid;
233
234         id = *starting_id;
235  restart:
236         p = idp->top;
237         l = idp->layers;
238         pa[l--] = NULL;
239         while (1) {
240                 /*
241                  * We run around this while until we reach the leaf node...
242                  */
243                 n = (id >> (IDR_BITS*l)) & IDR_MASK;
244                 m = find_next_zero_bit(p->bitmap, IDR_SIZE, n);
245                 if (m == IDR_SIZE) {
246                         /* no space available go back to previous layer. */
247                         l++;
248                         oid = id;
249                         id = (id | ((1 << (IDR_BITS * l)) - 1)) + 1;
250
251                         /* if already at the top layer, we need to grow */
252                         if (id > idr_max(idp->layers)) {
253                                 *starting_id = id;
254                                 return -EAGAIN;
255                         }
256                         p = pa[l];
257                         BUG_ON(!p);
258
259                         /* If we need to go up one layer, continue the
260                          * loop; otherwise, restart from the top.
261                          */
262                         sh = IDR_BITS * (l + 1);
263                         if (oid >> sh == id >> sh)
264                                 continue;
265                         else
266                                 goto restart;
267                 }
268                 if (m != n) {
269                         sh = IDR_BITS*l;
270                         id = ((id >> sh) ^ n ^ m) << sh;
271                 }
272                 if ((id >= MAX_IDR_BIT) || (id < 0))
273                         return -ENOSPC;
274                 if (l == 0)
275                         break;
276                 /*
277                  * Create the layer below if it is missing.
278                  */
279                 if (!p->ary[m]) {
280                         new = idr_layer_alloc(gfp_mask, layer_idr);
281                         if (!new)
282                                 return -ENOMEM;
283                         new->layer = l-1;
284                         new->prefix = id & idr_layer_prefix_mask(new->layer);
285                         rcu_assign_pointer(p->ary[m], new);
286                         p->count++;
287                 }
288                 pa[l--] = p;
289                 p = p->ary[m];
290         }
291
292         pa[l] = p;
293         return id;
294 }
295
296 static int idr_get_empty_slot(struct idr *idp, int starting_id,
297                               struct idr_layer **pa, gfp_t gfp_mask,
298                               struct idr *layer_idr)
299 {
300         struct idr_layer *p, *new;
301         int layers, v, id;
302         unsigned long flags;
303
304         id = starting_id;
305 build_up:
306         p = idp->top;
307         layers = idp->layers;
308         if (unlikely(!p)) {
309                 if (!(p = idr_layer_alloc(gfp_mask, layer_idr)))
310                         return -ENOMEM;
311                 p->layer = 0;
312                 layers = 1;
313         }
314         /*
315          * Add a new layer to the top of the tree if the requested
316          * id is larger than the currently allocated space.
317          */
318         while (id > idr_max(layers)) {
319                 layers++;
320                 if (!p->count) {
321                         /* special case: if the tree is currently empty,
322                          * then we grow the tree by moving the top node
323                          * upwards.
324                          */
325                         p->layer++;
326                         WARN_ON_ONCE(p->prefix);
327                         continue;
328                 }
329                 if (!(new = idr_layer_alloc(gfp_mask, layer_idr))) {
330                         /*
331                          * The allocation failed.  If we built part of
332                          * the structure tear it down.
333                          */
334                         spin_lock_irqsave(&idp->lock, flags);
335                         for (new = p; p && p != idp->top; new = p) {
336                                 p = p->ary[0];
337                                 new->ary[0] = NULL;
338                                 new->count = 0;
339                                 bitmap_clear(new->bitmap, 0, IDR_SIZE);
340                                 __move_to_free_list(idp, new);
341                         }
342                         spin_unlock_irqrestore(&idp->lock, flags);
343                         return -ENOMEM;
344                 }
345                 new->ary[0] = p;
346                 new->count = 1;
347                 new->layer = layers-1;
348                 new->prefix = id & idr_layer_prefix_mask(new->layer);
349                 if (bitmap_full(p->bitmap, IDR_SIZE))
350                         __set_bit(0, new->bitmap);
351                 p = new;
352         }
353         rcu_assign_pointer(idp->top, p);
354         idp->layers = layers;
355         v = sub_alloc(idp, &id, pa, gfp_mask, layer_idr);
356         if (v == -EAGAIN)
357                 goto build_up;
358         return(v);
359 }
360
361 /*
362  * @id and @pa are from a successful allocation from idr_get_empty_slot().
363  * Install the user pointer @ptr and mark the slot full.
364  */
365 static void idr_fill_slot(struct idr *idr, void *ptr, int id,
366                           struct idr_layer **pa)
367 {
368         /* update hint used for lookup, cleared from free_layer() */
369         rcu_assign_pointer(idr->hint, pa[0]);
370
371         rcu_assign_pointer(pa[0]->ary[id & IDR_MASK], (struct idr_layer *)ptr);
372         pa[0]->count++;
373         idr_mark_full(pa, id);
374 }
375
376
377 /**
378  * idr_preload - preload for idr_alloc()
379  * @gfp_mask: allocation mask to use for preloading
380  *
381  * Preload per-cpu layer buffer for idr_alloc().  Can only be used from
382  * process context and each idr_preload() invocation should be matched with
383  * idr_preload_end().  Note that preemption is disabled while preloaded.
384  *
385  * The first idr_alloc() in the preloaded section can be treated as if it
386  * were invoked with @gfp_mask used for preloading.  This allows using more
387  * permissive allocation masks for idrs protected by spinlocks.
388  *
389  * For example, if idr_alloc() below fails, the failure can be treated as
390  * if idr_alloc() were called with GFP_KERNEL rather than GFP_NOWAIT.
391  *
392  *      idr_preload(GFP_KERNEL);
393  *      spin_lock(lock);
394  *
395  *      id = idr_alloc(idr, ptr, start, end, GFP_NOWAIT);
396  *
397  *      spin_unlock(lock);
398  *      idr_preload_end();
399  *      if (id < 0)
400  *              error;
401  */
402 void idr_preload(gfp_t gfp_mask)
403 {
404         /*
405          * Consuming preload buffer from non-process context breaks preload
406          * allocation guarantee.  Disallow usage from those contexts.
407          */
408         WARN_ON_ONCE(in_interrupt());
409         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
410
411         preempt_disable();
412
413         /*
414          * idr_alloc() is likely to succeed w/o full idr_layer buffer and
415          * return value from idr_alloc() needs to be checked for failure
416          * anyway.  Silently give up if allocation fails.  The caller can
417          * treat failures from idr_alloc() as if idr_alloc() were called
418          * with @gfp_mask which should be enough.
419          */
420         while (__this_cpu_read(idr_preload_cnt) < MAX_IDR_FREE) {
421                 struct idr_layer *new;
422
423                 preempt_enable();
424                 new = kmem_cache_zalloc(idr_layer_cache, gfp_mask);
425                 preempt_disable();
426                 if (!new)
427                         break;
428
429                 /* link the new one to per-cpu preload list */
430                 new->ary[0] = __this_cpu_read(idr_preload_head);
431                 __this_cpu_write(idr_preload_head, new);
432                 __this_cpu_inc(idr_preload_cnt);
433         }
434 }
435 EXPORT_SYMBOL(idr_preload);
436
437 /**
438  * idr_alloc - allocate new idr entry
439  * @idr: the (initialized) idr
440  * @ptr: pointer to be associated with the new id
441  * @start: the minimum id (inclusive)
442  * @end: the maximum id (exclusive, <= 0 for max)
443  * @gfp_mask: memory allocation flags
444  *
445  * Allocate an id in [start, end) and associate it with @ptr.  If no ID is
446  * available in the specified range, returns -ENOSPC.  On memory allocation
447  * failure, returns -ENOMEM.
448  *
449  * Note that @end is treated as max when <= 0.  This is to always allow
450  * using @start + N as @end as long as N is inside integer range.
451  *
452  * The user is responsible for exclusively synchronizing all operations
453  * which may modify @idr.  However, read-only accesses such as idr_find()
454  * or iteration can be performed under RCU read lock provided the user
455  * destroys @ptr in RCU-safe way after removal from idr.
456  */
457 int idr_alloc(struct idr *idr, void *ptr, int start, int end, gfp_t gfp_mask)
458 {
459         int max = end > 0 ? end - 1 : INT_MAX;  /* inclusive upper limit */
460         struct idr_layer *pa[MAX_IDR_LEVEL + 1];
461         int id;
462
463         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
464
465         /* sanity checks */
466         if (WARN_ON_ONCE(start < 0))
467                 return -EINVAL;
468         if (unlikely(max < start))
469                 return -ENOSPC;
470
471         /* allocate id */
472         id = idr_get_empty_slot(idr, start, pa, gfp_mask, NULL);
473         if (unlikely(id < 0))
474                 return id;
475         if (unlikely(id > max))
476                 return -ENOSPC;
477
478         idr_fill_slot(idr, ptr, id, pa);
479         return id;
480 }
481 EXPORT_SYMBOL_GPL(idr_alloc);
482
483 /**
484  * idr_alloc_cyclic - allocate new idr entry in a cyclical fashion
485  * @idr: the (initialized) idr
486  * @ptr: pointer to be associated with the new id
487  * @start: the minimum id (inclusive)
488  * @end: the maximum id (exclusive, <= 0 for max)
489  * @gfp_mask: memory allocation flags
490  *
491  * Essentially the same as idr_alloc, but prefers to allocate progressively
492  * higher ids if it can. If the "cur" counter wraps, then it will start again
493  * at the "start" end of the range and allocate one that has already been used.
494  */
495 int idr_alloc_cyclic(struct idr *idr, void *ptr, int start, int end,
496                         gfp_t gfp_mask)
497 {
498         int id;
499
500         id = idr_alloc(idr, ptr, max(start, idr->cur), end, gfp_mask);
501         if (id == -ENOSPC)
502                 id = idr_alloc(idr, ptr, start, end, gfp_mask);
503
504         if (likely(id >= 0))
505                 idr->cur = id + 1;
506         return id;
507 }
508 EXPORT_SYMBOL(idr_alloc_cyclic);
509
510 static void idr_remove_warning(int id)
511 {
512         WARN(1, "idr_remove called for id=%d which is not allocated.\n", id);
513 }
514
515 static void sub_remove(struct idr *idp, int shift, int id)
516 {
517         struct idr_layer *p = idp->top;
518         struct idr_layer **pa[MAX_IDR_LEVEL + 1];
519         struct idr_layer ***paa = &pa[0];
520         struct idr_layer *to_free;
521         int n;
522
523         *paa = NULL;
524         *++paa = &idp->top;
525
526         while ((shift > 0) && p) {
527                 n = (id >> shift) & IDR_MASK;
528                 __clear_bit(n, p->bitmap);
529                 *++paa = &p->ary[n];
530                 p = p->ary[n];
531                 shift -= IDR_BITS;
532         }
533         n = id & IDR_MASK;
534         if (likely(p != NULL && test_bit(n, p->bitmap))) {
535                 __clear_bit(n, p->bitmap);
536                 RCU_INIT_POINTER(p->ary[n], NULL);
537                 to_free = NULL;
538                 while(*paa && ! --((**paa)->count)){
539                         if (to_free)
540                                 free_layer(idp, to_free);
541                         to_free = **paa;
542                         **paa-- = NULL;
543                 }
544                 if (!*paa)
545                         idp->layers = 0;
546                 if (to_free)
547                         free_layer(idp, to_free);
548         } else
549                 idr_remove_warning(id);
550 }
551
552 /**
553  * idr_remove - remove the given id and free its slot
554  * @idp: idr handle
555  * @id: unique key
556  */
557 void idr_remove(struct idr *idp, int id)
558 {
559         struct idr_layer *p;
560         struct idr_layer *to_free;
561
562         if (id < 0)
563                 return;
564
565         if (id > idr_max(idp->layers)) {
566                 idr_remove_warning(id);
567                 return;
568         }
569
570         sub_remove(idp, (idp->layers - 1) * IDR_BITS, id);
571         if (idp->top && idp->top->count == 1 && (idp->layers > 1) &&
572             idp->top->ary[0]) {
573                 /*
574                  * Single child at leftmost slot: we can shrink the tree.
575                  * This level is not needed anymore since when layers are
576                  * inserted, they are inserted at the top of the existing
577                  * tree.
578                  */
579                 to_free = idp->top;
580                 p = idp->top->ary[0];
581                 rcu_assign_pointer(idp->top, p);
582                 --idp->layers;
583                 to_free->count = 0;
584                 bitmap_clear(to_free->bitmap, 0, IDR_SIZE);
585                 free_layer(idp, to_free);
586         }
587         while (idp->id_free_cnt >= MAX_IDR_FREE) {
588                 p = get_from_free_list(idp);
589                 /*
590                  * Note: we don't call the rcu callback here, since the only
591                  * layers that fall into the freelist are those that have been
592                  * preallocated.
593                  */
594                 kmem_cache_free(idr_layer_cache, p);
595         }
596         return;
597 }
598 EXPORT_SYMBOL(idr_remove);
599
600 static void __idr_remove_all(struct idr *idp)
601 {
602         int n, id, max;
603         int bt_mask;
604         struct idr_layer *p;
605         struct idr_layer *pa[MAX_IDR_LEVEL + 1];
606         struct idr_layer **paa = &pa[0];
607
608         n = idp->layers * IDR_BITS;
609         p = idp->top;
610         RCU_INIT_POINTER(idp->top, NULL);
611         max = idr_max(idp->layers);
612
613         id = 0;
614         while (id >= 0 && id <= max) {
615                 while (n > IDR_BITS && p) {
616                         n -= IDR_BITS;
617                         *paa++ = p;
618                         p = p->ary[(id >> n) & IDR_MASK];
619                 }
620
621                 bt_mask = id;
622                 id += 1 << n;
623                 /* Get the highest bit that the above add changed from 0->1. */
624                 while (n < fls(id ^ bt_mask)) {
625                         if (p)
626                                 free_layer(idp, p);
627                         n += IDR_BITS;
628                         p = *--paa;
629                 }
630         }
631         idp->layers = 0;
632 }
633
634 /**
635  * idr_destroy - release all cached layers within an idr tree
636  * @idp: idr handle
637  *
638  * Free all id mappings and all idp_layers.  After this function, @idp is
639  * completely unused and can be freed / recycled.  The caller is
640  * responsible for ensuring that no one else accesses @idp during or after
641  * idr_destroy().
642  *
643  * A typical clean-up sequence for objects stored in an idr tree will use
644  * idr_for_each() to free all objects, if necessay, then idr_destroy() to
645  * free up the id mappings and cached idr_layers.
646  */
647 void idr_destroy(struct idr *idp)
648 {
649         __idr_remove_all(idp);
650
651         while (idp->id_free_cnt) {
652                 struct idr_layer *p = get_from_free_list(idp);
653                 kmem_cache_free(idr_layer_cache, p);
654         }
655 }
656 EXPORT_SYMBOL(idr_destroy);
657
658 void *idr_find_slowpath(struct idr *idp, int id)
659 {
660         int n;
661         struct idr_layer *p;
662
663         if (id < 0)
664                 return NULL;
665
666         p = rcu_dereference_raw(idp->top);
667         if (!p)
668                 return NULL;
669         n = (p->layer+1) * IDR_BITS;
670
671         if (id > idr_max(p->layer + 1))
672                 return NULL;
673         BUG_ON(n == 0);
674
675         while (n > 0 && p) {
676                 n -= IDR_BITS;
677                 BUG_ON(n != p->layer*IDR_BITS);
678                 p = rcu_dereference_raw(p->ary[(id >> n) & IDR_MASK]);
679         }
680         return((void *)p);
681 }
682 EXPORT_SYMBOL(idr_find_slowpath);
683
684 /**
685  * idr_for_each - iterate through all stored pointers
686  * @idp: idr handle
687  * @fn: function to be called for each pointer
688  * @data: data passed back to callback function
689  *
690  * Iterate over the pointers registered with the given idr.  The
691  * callback function will be called for each pointer currently
692  * registered, passing the id, the pointer and the data pointer passed
693  * to this function.  It is not safe to modify the idr tree while in
694  * the callback, so functions such as idr_get_new and idr_remove are
695  * not allowed.
696  *
697  * We check the return of @fn each time. If it returns anything other
698  * than %0, we break out and return that value.
699  *
700  * The caller must serialize idr_for_each() vs idr_get_new() and idr_remove().
701  */
702 int idr_for_each(struct idr *idp,
703                  int (*fn)(int id, void *p, void *data), void *data)
704 {
705         int n, id, max, error = 0;
706         struct idr_layer *p;
707         struct idr_layer *pa[MAX_IDR_LEVEL + 1];
708         struct idr_layer **paa = &pa[0];
709
710         n = idp->layers * IDR_BITS;
711         p = rcu_dereference_raw(idp->top);
712         max = idr_max(idp->layers);
713
714         id = 0;
715         while (id >= 0 && id <= max) {
716                 while (n > 0 && p) {
717                         n -= IDR_BITS;
718                         *paa++ = p;
719                         p = rcu_dereference_raw(p->ary[(id >> n) & IDR_MASK]);
720                 }
721
722                 if (p) {
723                         error = fn(id, (void *)p, data);
724                         if (error)
725                                 break;
726                 }
727
728                 id += 1 << n;
729                 while (n < fls(id)) {
730                         n += IDR_BITS;
731                         p = *--paa;
732                 }
733         }
734
735         return error;
736 }
737 EXPORT_SYMBOL(idr_for_each);
738
739 /**
740  * idr_get_next - lookup next object of id to given id.
741  * @idp: idr handle
742  * @nextidp:  pointer to lookup key
743  *
744  * Returns pointer to registered object with id, which is next number to
745  * given id. After being looked up, *@nextidp will be updated for the next
746  * iteration.
747  *
748  * This function can be called under rcu_read_lock(), given that the leaf
749  * pointers lifetimes are correctly managed.
750  */
751 void *idr_get_next(struct idr *idp, int *nextidp)
752 {
753         struct idr_layer *p, *pa[MAX_IDR_LEVEL + 1];
754         struct idr_layer **paa = &pa[0];
755         int id = *nextidp;
756         int n, max;
757
758         /* find first ent */
759         p = rcu_dereference_raw(idp->top);
760         if (!p)
761                 return NULL;
762         n = (p->layer + 1) * IDR_BITS;
763         max = idr_max(p->layer + 1);
764
765         while (id >= 0 && id <= max) {
766                 while (n > 0 && p) {
767                         n -= IDR_BITS;
768                         *paa++ = p;
769                         p = rcu_dereference_raw(p->ary[(id >> n) & IDR_MASK]);
770                 }
771
772                 if (p) {
773                         *nextidp = id;
774                         return p;
775                 }
776
777                 /*
778                  * Proceed to the next layer at the current level.  Unlike
779                  * idr_for_each(), @id isn't guaranteed to be aligned to
780                  * layer boundary at this point and adding 1 << n may
781                  * incorrectly skip IDs.  Make sure we jump to the
782                  * beginning of the next layer using round_up().
783                  */
784                 id = round_up(id + 1, 1 << n);
785                 while (n < fls(id)) {
786                         n += IDR_BITS;
787                         p = *--paa;
788                 }
789         }
790         return NULL;
791 }
792 EXPORT_SYMBOL(idr_get_next);
793
794
795 /**
796  * idr_replace - replace pointer for given id
797  * @idp: idr handle
798  * @ptr: pointer you want associated with the id
799  * @id: lookup key
800  *
801  * Replace the pointer registered with an id and return the old value.
802  * A %-ENOENT return indicates that @id was not found.
803  * A %-EINVAL return indicates that @id was not within valid constraints.
804  *
805  * The caller must serialize with writers.
806  */
807 void *idr_replace(struct idr *idp, void *ptr, int id)
808 {
809         int n;
810         struct idr_layer *p, *old_p;
811
812         if (id < 0)
813                 return ERR_PTR(-EINVAL);
814
815         p = idp->top;
816         if (!p)
817                 return ERR_PTR(-ENOENT);
818
819         if (id > idr_max(p->layer + 1))
820                 return ERR_PTR(-ENOENT);
821
822         n = p->layer * IDR_BITS;
823         while ((n > 0) && p) {
824                 p = p->ary[(id >> n) & IDR_MASK];
825                 n -= IDR_BITS;
826         }
827
828         n = id & IDR_MASK;
829         if (unlikely(p == NULL || !test_bit(n, p->bitmap)))
830                 return ERR_PTR(-ENOENT);
831
832         old_p = p->ary[n];
833         rcu_assign_pointer(p->ary[n], ptr);
834
835         return old_p;
836 }
837 EXPORT_SYMBOL(idr_replace);
838
839 void __init idr_init_cache(void)
840 {
841         idr_layer_cache = kmem_cache_create("idr_layer_cache",
842                                 sizeof(struct idr_layer), 0, SLAB_PANIC, NULL);
843 }
844
845 /**
846  * idr_init - initialize idr handle
847  * @idp:        idr handle
848  *
849  * This function is use to set up the handle (@idp) that you will pass
850  * to the rest of the functions.
851  */
852 void idr_init(struct idr *idp)
853 {
854         memset(idp, 0, sizeof(struct idr));
855         spin_lock_init(&idp->lock);
856 }
857 EXPORT_SYMBOL(idr_init);
858
859 static int idr_has_entry(int id, void *p, void *data)
860 {
861         return 1;
862 }
863
864 bool idr_is_empty(struct idr *idp)
865 {
866         return !idr_for_each(idp, idr_has_entry, NULL);
867 }
868 EXPORT_SYMBOL(idr_is_empty);
869
870 /**
871  * DOC: IDA description
872  * IDA - IDR based ID allocator
873  *
874  * This is id allocator without id -> pointer translation.  Memory
875  * usage is much lower than full blown idr because each id only
876  * occupies a bit.  ida uses a custom leaf node which contains
877  * IDA_BITMAP_BITS slots.
878  *
879  * 2007-04-25  written by Tejun Heo <htejun@gmail.com>
880  */
881
882 static void free_bitmap(struct ida *ida, struct ida_bitmap *bitmap)
883 {
884         unsigned long flags;
885
886         if (!ida->free_bitmap) {
887                 spin_lock_irqsave(&ida->idr.lock, flags);
888                 if (!ida->free_bitmap) {
889                         ida->free_bitmap = bitmap;
890                         bitmap = NULL;
891                 }
892                 spin_unlock_irqrestore(&ida->idr.lock, flags);
893         }
894
895         kfree(bitmap);
896 }
897
898 /**
899  * ida_pre_get - reserve resources for ida allocation
900  * @ida:        ida handle
901  * @gfp_mask:   memory allocation flag
902  *
903  * This function should be called prior to locking and calling the
904  * following function.  It preallocates enough memory to satisfy the
905  * worst possible allocation.
906  *
907  * If the system is REALLY out of memory this function returns %0,
908  * otherwise %1.
909  */
910 int ida_pre_get(struct ida *ida, gfp_t gfp_mask)
911 {
912         /* allocate idr_layers */
913         if (!__idr_pre_get(&ida->idr, gfp_mask))
914                 return 0;
915
916         /* allocate free_bitmap */
917         if (!ida->free_bitmap) {
918                 struct ida_bitmap *bitmap;
919
920                 bitmap = kmalloc(sizeof(struct ida_bitmap), gfp_mask);
921                 if (!bitmap)
922                         return 0;
923
924                 free_bitmap(ida, bitmap);
925         }
926
927         return 1;
928 }
929 EXPORT_SYMBOL(ida_pre_get);
930
931 /**
932  * ida_get_new_above - allocate new ID above or equal to a start id
933  * @ida:        ida handle
934  * @starting_id: id to start search at
935  * @p_id:       pointer to the allocated handle
936  *
937  * Allocate new ID above or equal to @starting_id.  It should be called
938  * with any required locks.
939  *
940  * If memory is required, it will return %-EAGAIN, you should unlock
941  * and go back to the ida_pre_get() call.  If the ida is full, it will
942  * return %-ENOSPC.
943  *
944  * @p_id returns a value in the range @starting_id ... %0x7fffffff.
945  */
946 int ida_get_new_above(struct ida *ida, int starting_id, int *p_id)
947 {
948         struct idr_layer *pa[MAX_IDR_LEVEL + 1];
949         struct ida_bitmap *bitmap;
950         unsigned long flags;
951         int idr_id = starting_id / IDA_BITMAP_BITS;
952         int offset = starting_id % IDA_BITMAP_BITS;
953         int t, id;
954
955  restart:
956         /* get vacant slot */
957         t = idr_get_empty_slot(&ida->idr, idr_id, pa, 0, &ida->idr);
958         if (t < 0)
959                 return t == -ENOMEM ? -EAGAIN : t;
960
961         if (t * IDA_BITMAP_BITS >= MAX_IDR_BIT)
962                 return -ENOSPC;
963
964         if (t != idr_id)
965                 offset = 0;
966         idr_id = t;
967
968         /* if bitmap isn't there, create a new one */
969         bitmap = (void *)pa[0]->ary[idr_id & IDR_MASK];
970         if (!bitmap) {
971                 spin_lock_irqsave(&ida->idr.lock, flags);
972                 bitmap = ida->free_bitmap;
973                 ida->free_bitmap = NULL;
974                 spin_unlock_irqrestore(&ida->idr.lock, flags);
975
976                 if (!bitmap)
977                         return -EAGAIN;
978
979                 memset(bitmap, 0, sizeof(struct ida_bitmap));
980                 rcu_assign_pointer(pa[0]->ary[idr_id & IDR_MASK],
981                                 (void *)bitmap);
982                 pa[0]->count++;
983         }
984
985         /* lookup for empty slot */
986         t = find_next_zero_bit(bitmap->bitmap, IDA_BITMAP_BITS, offset);
987         if (t == IDA_BITMAP_BITS) {
988                 /* no empty slot after offset, continue to the next chunk */
989                 idr_id++;
990                 offset = 0;
991                 goto restart;
992         }
993
994         id = idr_id * IDA_BITMAP_BITS + t;
995         if (id >= MAX_IDR_BIT)
996                 return -ENOSPC;
997
998         __set_bit(t, bitmap->bitmap);
999         if (++bitmap->nr_busy == IDA_BITMAP_BITS)
1000                 idr_mark_full(pa, idr_id);
1001
1002         *p_id = id;
1003
1004         /* Each leaf node can handle nearly a thousand slots and the
1005          * whole idea of ida is to have small memory foot print.
1006          * Throw away extra resources one by one after each successful
1007          * allocation.
1008          */
1009         if (ida->idr.id_free_cnt || ida->free_bitmap) {
1010                 struct idr_layer *p = get_from_free_list(&ida->idr);
1011                 if (p)
1012                         kmem_cache_free(idr_layer_cache, p);
1013         }
1014
1015         return 0;
1016 }
1017 EXPORT_SYMBOL(ida_get_new_above);
1018
1019 /**
1020  * ida_remove - remove the given ID
1021  * @ida:        ida handle
1022  * @id:         ID to free
1023  */
1024 void ida_remove(struct ida *ida, int id)
1025 {
1026         struct idr_layer *p = ida->idr.top;
1027         int shift = (ida->idr.layers - 1) * IDR_BITS;
1028         int idr_id = id / IDA_BITMAP_BITS;
1029         int offset = id % IDA_BITMAP_BITS;
1030         int n;
1031         struct ida_bitmap *bitmap;
1032
1033         if (idr_id > idr_max(ida->idr.layers))
1034                 goto err;
1035
1036         /* clear full bits while looking up the leaf idr_layer */
1037         while ((shift > 0) && p) {
1038                 n = (idr_id >> shift) & IDR_MASK;
1039                 __clear_bit(n, p->bitmap);
1040                 p = p->ary[n];
1041                 shift -= IDR_BITS;
1042         }
1043
1044         if (p == NULL)
1045                 goto err;
1046
1047         n = idr_id & IDR_MASK;
1048         __clear_bit(n, p->bitmap);
1049
1050         bitmap = (void *)p->ary[n];
1051         if (!bitmap || !test_bit(offset, bitmap->bitmap))
1052                 goto err;
1053
1054         /* update bitmap and remove it if empty */
1055         __clear_bit(offset, bitmap->bitmap);
1056         if (--bitmap->nr_busy == 0) {
1057                 __set_bit(n, p->bitmap);        /* to please idr_remove() */
1058                 idr_remove(&ida->idr, idr_id);
1059                 free_bitmap(ida, bitmap);
1060         }
1061
1062         return;
1063
1064  err:
1065         WARN(1, "ida_remove called for id=%d which is not allocated.\n", id);
1066 }
1067 EXPORT_SYMBOL(ida_remove);
1068
1069 /**
1070  * ida_destroy - release all cached layers within an ida tree
1071  * @ida:                ida handle
1072  */
1073 void ida_destroy(struct ida *ida)
1074 {
1075         idr_destroy(&ida->idr);
1076         kfree(ida->free_bitmap);
1077 }
1078 EXPORT_SYMBOL(ida_destroy);
1079
1080 /**
1081  * ida_simple_get - get a new id.
1082  * @ida: the (initialized) ida.
1083  * @start: the minimum id (inclusive, < 0x8000000)
1084  * @end: the maximum id (exclusive, < 0x8000000 or 0)
1085  * @gfp_mask: memory allocation flags
1086  *
1087  * Allocates an id in the range start <= id < end, or returns -ENOSPC.
1088  * On memory allocation failure, returns -ENOMEM.
1089  *
1090  * Use ida_simple_remove() to get rid of an id.
1091  */
1092 int ida_simple_get(struct ida *ida, unsigned int start, unsigned int end,
1093                    gfp_t gfp_mask)
1094 {
1095         int ret, id;
1096         unsigned int max;
1097         unsigned long flags;
1098
1099         BUG_ON((int)start < 0);
1100         BUG_ON((int)end < 0);
1101
1102         if (end == 0)
1103                 max = 0x80000000;
1104         else {
1105                 BUG_ON(end < start);
1106                 max = end - 1;
1107         }
1108
1109 again:
1110         if (!ida_pre_get(ida, gfp_mask))
1111                 return -ENOMEM;
1112
1113         spin_lock_irqsave(&simple_ida_lock, flags);
1114         ret = ida_get_new_above(ida, start, &id);
1115         if (!ret) {
1116                 if (id > max) {
1117                         ida_remove(ida, id);
1118                         ret = -ENOSPC;
1119                 } else {
1120                         ret = id;
1121                 }
1122         }
1123         spin_unlock_irqrestore(&simple_ida_lock, flags);
1124
1125         if (unlikely(ret == -EAGAIN))
1126                 goto again;
1127
1128         return ret;
1129 }
1130 EXPORT_SYMBOL(ida_simple_get);
1131
1132 /**
1133  * ida_simple_remove - remove an allocated id.
1134  * @ida: the (initialized) ida.
1135  * @id: the id returned by ida_simple_get.
1136  */
1137 void ida_simple_remove(struct ida *ida, unsigned int id)
1138 {
1139         unsigned long flags;
1140
1141         BUG_ON((int)id < 0);
1142         spin_lock_irqsave(&simple_ida_lock, flags);
1143         ida_remove(ida, id);
1144         spin_unlock_irqrestore(&simple_ida_lock, flags);
1145 }
1146 EXPORT_SYMBOL(ida_simple_remove);
1147
1148 /**
1149  * ida_init - initialize ida handle
1150  * @ida:        ida handle
1151  *
1152  * This function is use to set up the handle (@ida) that you will pass
1153  * to the rest of the functions.
1154  */
1155 void ida_init(struct ida *ida)
1156 {
1157         memset(ida, 0, sizeof(struct ida));
1158         idr_init(&ida->idr);
1159
1160 }
1161 EXPORT_SYMBOL(ida_init);