]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-linux.git/blob - mm/zsmalloc.c
zsmalloc: move it under mm
[karo-tx-linux.git] / mm / zsmalloc.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  * This allocator is designed for use with zram. Thus, the allocator is
15  * supposed to work well under low memory conditions. In particular, it
16  * never attempts higher order page allocation which is very likely to
17  * fail under memory pressure. On the other hand, if we just use single
18  * (0-order) pages, it would suffer from very high fragmentation --
19  * any object of size PAGE_SIZE/2 or larger would occupy an entire page.
20  * This was one of the major issues with its predecessor (xvmalloc).
21  *
22  * To overcome these issues, zsmalloc allocates a bunch of 0-order pages
23  * and links them together using various 'struct page' fields. These linked
24  * pages act as a single higher-order page i.e. an object can span 0-order
25  * page boundaries. The code refers to these linked pages as a single entity
26  * called zspage.
27  *
28  * For simplicity, zsmalloc can only allocate objects of size up to PAGE_SIZE
29  * since this satisfies the requirements of all its current users (in the
30  * worst case, page is incompressible and is thus stored "as-is" i.e. in
31  * uncompressed form). For allocation requests larger than this size, failure
32  * is returned (see zs_malloc).
33  *
34  * Additionally, zs_malloc() does not return a dereferenceable pointer.
35  * Instead, it returns an opaque handle (unsigned long) which encodes actual
36  * location of the allocated object. The reason for this indirection is that
37  * zsmalloc does not keep zspages permanently mapped since that would cause
38  * issues on 32-bit systems where the VA region for kernel space mappings
39  * is very small. So, before using the allocating memory, the object has to
40  * be mapped using zs_map_object() to get a usable pointer and subsequently
41  * unmapped using zs_unmap_object().
42  *
43  * Following is how we use various fields and flags of underlying
44  * struct page(s) to form a zspage.
45  *
46  * Usage of struct page fields:
47  *      page->first_page: points to the first component (0-order) page
48  *      page->index (union with page->freelist): offset of the first object
49  *              starting in this page. For the first page, this is
50  *              always 0, so we use this field (aka freelist) to point
51  *              to the first free object in zspage.
52  *      page->lru: links together all component pages (except the first page)
53  *              of a zspage
54  *
55  *      For _first_ page only:
56  *
57  *      page->private (union with page->first_page): refers to the
58  *              component page after the first page
59  *      page->freelist: points to the first free object in zspage.
60  *              Free objects are linked together using in-place
61  *              metadata.
62  *      page->objects: maximum number of objects we can store in this
63  *              zspage (class->zspage_order * PAGE_SIZE / class->size)
64  *      page->lru: links together first pages of various zspages.
65  *              Basically forming list of zspages in a fullness group.
66  *      page->mapping: class index and fullness group of the zspage
67  *
68  * Usage of struct page flags:
69  *      PG_private: identifies the first component page
70  *      PG_private2: identifies the last component page
71  *
72  */
73
74 #ifdef CONFIG_ZSMALLOC_DEBUG
75 #define DEBUG
76 #endif
77
78 #include <linux/module.h>
79 #include <linux/kernel.h>
80 #include <linux/bitops.h>
81 #include <linux/errno.h>
82 #include <linux/highmem.h>
83 #include <linux/string.h>
84 #include <linux/slab.h>
85 #include <asm/tlbflush.h>
86 #include <asm/pgtable.h>
87 #include <linux/cpumask.h>
88 #include <linux/cpu.h>
89 #include <linux/vmalloc.h>
90 #include <linux/hardirq.h>
91 #include <linux/spinlock.h>
92 #include <linux/types.h>
93 #include <linux/zsmalloc.h>
94
95 /*
96  * This must be power of 2 and greater than of equal to sizeof(link_free).
97  * These two conditions ensure that any 'struct link_free' itself doesn't
98  * span more than 1 page which avoids complex case of mapping 2 pages simply
99  * to restore link_free pointer values.
100  */
101 #define ZS_ALIGN                8
102
103 /*
104  * A single 'zspage' is composed of up to 2^N discontiguous 0-order (single)
105  * pages. ZS_MAX_ZSPAGE_ORDER defines upper limit on N.
106  */
107 #define ZS_MAX_ZSPAGE_ORDER 2
108 #define ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE (_AC(1, UL) << ZS_MAX_ZSPAGE_ORDER)
109
110 /*
111  * Object location (<PFN>, <obj_idx>) is encoded as
112  * as single (unsigned long) handle value.
113  *
114  * Note that object index <obj_idx> is relative to system
115  * page <PFN> it is stored in, so for each sub-page belonging
116  * to a zspage, obj_idx starts with 0.
117  *
118  * This is made more complicated by various memory models and PAE.
119  */
120
121 #ifndef MAX_PHYSMEM_BITS
122 #ifdef CONFIG_HIGHMEM64G
123 #define MAX_PHYSMEM_BITS 36
124 #else /* !CONFIG_HIGHMEM64G */
125 /*
126  * If this definition of MAX_PHYSMEM_BITS is used, OBJ_INDEX_BITS will just
127  * be PAGE_SHIFT
128  */
129 #define MAX_PHYSMEM_BITS BITS_PER_LONG
130 #endif
131 #endif
132 #define _PFN_BITS               (MAX_PHYSMEM_BITS - PAGE_SHIFT)
133 #define OBJ_INDEX_BITS  (BITS_PER_LONG - _PFN_BITS)
134 #define OBJ_INDEX_MASK  ((_AC(1, UL) << OBJ_INDEX_BITS) - 1)
135
136 #define MAX(a, b) ((a) >= (b) ? (a) : (b))
137 /* ZS_MIN_ALLOC_SIZE must be multiple of ZS_ALIGN */
138 #define ZS_MIN_ALLOC_SIZE \
139         MAX(32, (ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE << PAGE_SHIFT >> OBJ_INDEX_BITS))
140 #define ZS_MAX_ALLOC_SIZE       PAGE_SIZE
141
142 /*
143  * On systems with 4K page size, this gives 254 size classes! There is a
144  * trader-off here:
145  *  - Large number of size classes is potentially wasteful as free page are
146  *    spread across these classes
147  *  - Small number of size classes causes large internal fragmentation
148  *  - Probably its better to use specific size classes (empirically
149  *    determined). NOTE: all those class sizes must be set as multiple of
150  *    ZS_ALIGN to make sure link_free itself never has to span 2 pages.
151  *
152  *  ZS_MIN_ALLOC_SIZE and ZS_SIZE_CLASS_DELTA must be multiple of ZS_ALIGN
153  *  (reason above)
154  */
155 #define ZS_SIZE_CLASS_DELTA     (PAGE_SIZE >> 8)
156 #define ZS_SIZE_CLASSES         ((ZS_MAX_ALLOC_SIZE - ZS_MIN_ALLOC_SIZE) / \
157                                         ZS_SIZE_CLASS_DELTA + 1)
158
159 /*
160  * We do not maintain any list for completely empty or full pages
161  */
162 enum fullness_group {
163         ZS_ALMOST_FULL,
164         ZS_ALMOST_EMPTY,
165         _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS,
166
167         ZS_EMPTY,
168         ZS_FULL
169 };
170
171 /*
172  * We assign a page to ZS_ALMOST_EMPTY fullness group when:
173  *      n <= N / f, where
174  * n = number of allocated objects
175  * N = total number of objects zspage can store
176  * f = 1/fullness_threshold_frac
177  *
178  * Similarly, we assign zspage to:
179  *      ZS_ALMOST_FULL  when n > N / f
180  *      ZS_EMPTY        when n == 0
181  *      ZS_FULL         when n == N
182  *
183  * (see: fix_fullness_group())
184  */
185 static const int fullness_threshold_frac = 4;
186
187 struct size_class {
188         /*
189          * Size of objects stored in this class. Must be multiple
190          * of ZS_ALIGN.
191          */
192         int size;
193         unsigned int index;
194
195         /* Number of PAGE_SIZE sized pages to combine to form a 'zspage' */
196         int pages_per_zspage;
197
198         spinlock_t lock;
199
200         /* stats */
201         u64 pages_allocated;
202
203         struct page *fullness_list[_ZS_NR_FULLNESS_GROUPS];
204 };
205
206 /*
207  * Placed within free objects to form a singly linked list.
208  * For every zspage, first_page->freelist gives head of this list.
209  *
210  * This must be power of 2 and less than or equal to ZS_ALIGN
211  */
212 struct link_free {
213         /* Handle of next free chunk (encodes <PFN, obj_idx>) */
214         void *next;
215 };
216
217 struct zs_pool {
218         struct size_class size_class[ZS_SIZE_CLASSES];
219
220         gfp_t flags;    /* allocation flags used when growing pool */
221 };
222
223 /*
224  * A zspage's class index and fullness group
225  * are encoded in its (first)page->mapping
226  */
227 #define CLASS_IDX_BITS  28
228 #define FULLNESS_BITS   4
229 #define CLASS_IDX_MASK  ((1 << CLASS_IDX_BITS) - 1)
230 #define FULLNESS_MASK   ((1 << FULLNESS_BITS) - 1)
231
232 struct mapping_area {
233 #ifdef CONFIG_PGTABLE_MAPPING
234         struct vm_struct *vm; /* vm area for mapping object that span pages */
235 #else
236         char *vm_buf; /* copy buffer for objects that span pages */
237 #endif
238         char *vm_addr; /* address of kmap_atomic()'ed pages */
239         enum zs_mapmode vm_mm; /* mapping mode */
240 };
241
242
243 /* per-cpu VM mapping areas for zspage accesses that cross page boundaries */
244 static DEFINE_PER_CPU(struct mapping_area, zs_map_area);
245
246 static int is_first_page(struct page *page)
247 {
248         return PagePrivate(page);
249 }
250
251 static int is_last_page(struct page *page)
252 {
253         return PagePrivate2(page);
254 }
255
256 static void get_zspage_mapping(struct page *page, unsigned int *class_idx,
257                                 enum fullness_group *fullness)
258 {
259         unsigned long m;
260         BUG_ON(!is_first_page(page));
261
262         m = (unsigned long)page->mapping;
263         *fullness = m & FULLNESS_MASK;
264         *class_idx = (m >> FULLNESS_BITS) & CLASS_IDX_MASK;
265 }
266
267 static void set_zspage_mapping(struct page *page, unsigned int class_idx,
268                                 enum fullness_group fullness)
269 {
270         unsigned long m;
271         BUG_ON(!is_first_page(page));
272
273         m = ((class_idx & CLASS_IDX_MASK) << FULLNESS_BITS) |
274                         (fullness & FULLNESS_MASK);
275         page->mapping = (struct address_space *)m;
276 }
277
278 /*
279  * zsmalloc divides the pool into various size classes where each
280  * class maintains a list of zspages where each zspage is divided
281  * into equal sized chunks. Each allocation falls into one of these
282  * classes depending on its size. This function returns index of the
283  * size class which has chunk size big enough to hold the give size.
284  */
285 static int get_size_class_index(int size)
286 {
287         int idx = 0;
288
289         if (likely(size > ZS_MIN_ALLOC_SIZE))
290                 idx = DIV_ROUND_UP(size - ZS_MIN_ALLOC_SIZE,
291                                 ZS_SIZE_CLASS_DELTA);
292
293         return idx;
294 }
295
296 /*
297  * For each size class, zspages are divided into different groups
298  * depending on how "full" they are. This was done so that we could
299  * easily find empty or nearly empty zspages when we try to shrink
300  * the pool (not yet implemented). This function returns fullness
301  * status of the given page.
302  */
303 static enum fullness_group get_fullness_group(struct page *page)
304 {
305         int inuse, max_objects;
306         enum fullness_group fg;
307         BUG_ON(!is_first_page(page));
308
309         inuse = page->inuse;
310         max_objects = page->objects;
311
312         if (inuse == 0)
313                 fg = ZS_EMPTY;
314         else if (inuse == max_objects)
315                 fg = ZS_FULL;
316         else if (inuse <= max_objects / fullness_threshold_frac)
317                 fg = ZS_ALMOST_EMPTY;
318         else
319                 fg = ZS_ALMOST_FULL;
320
321         return fg;
322 }
323
324 /*
325  * Each size class maintains various freelists and zspages are assigned
326  * to one of these freelists based on the number of live objects they
327  * have. This functions inserts the given zspage into the freelist
328  * identified by <class, fullness_group>.
329  */
330 static void insert_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         if (*head)
342                 list_add_tail(&page->lru, &(*head)->lru);
343
344         *head = page;
345 }
346
347 /*
348  * This function removes the given zspage from the freelist identified
349  * by <class, fullness_group>.
350  */
351 static void remove_zspage(struct page *page, struct size_class *class,
352                                 enum fullness_group fullness)
353 {
354         struct page **head;
355
356         BUG_ON(!is_first_page(page));
357
358         if (fullness >= _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS)
359                 return;
360
361         head = &class->fullness_list[fullness];
362         BUG_ON(!*head);
363         if (list_empty(&(*head)->lru))
364                 *head = NULL;
365         else if (*head == page)
366                 *head = (struct page *)list_entry((*head)->lru.next,
367                                         struct page, lru);
368
369         list_del_init(&page->lru);
370 }
371
372 /*
373  * Each size class maintains zspages in different fullness groups depending
374  * on the number of live objects they contain. When allocating or freeing
375  * objects, the fullness status of the page can change, say, from ALMOST_FULL
376  * to ALMOST_EMPTY when freeing an object. This function checks if such
377  * a status change has occurred for the given page and accordingly moves the
378  * page from the freelist of the old fullness group to that of the new
379  * fullness group.
380  */
381 static enum fullness_group fix_fullness_group(struct zs_pool *pool,
382                                                 struct page *page)
383 {
384         int class_idx;
385         struct size_class *class;
386         enum fullness_group currfg, newfg;
387
388         BUG_ON(!is_first_page(page));
389
390         get_zspage_mapping(page, &class_idx, &currfg);
391         newfg = get_fullness_group(page);
392         if (newfg == currfg)
393                 goto out;
394
395         class = &pool->size_class[class_idx];
396         remove_zspage(page, class, currfg);
397         insert_zspage(page, class, newfg);
398         set_zspage_mapping(page, class_idx, newfg);
399
400 out:
401         return newfg;
402 }
403
404 /*
405  * We have to decide on how many pages to link together
406  * to form a zspage for each size class. This is important
407  * to reduce wastage due to unusable space left at end of
408  * each zspage which is given as:
409  *      wastage = Zp - Zp % size_class
410  * where Zp = zspage size = k * PAGE_SIZE where k = 1, 2, ...
411  *
412  * For example, for size class of 3/8 * PAGE_SIZE, we should
413  * link together 3 PAGE_SIZE sized pages to form a zspage
414  * since then we can perfectly fit in 8 such objects.
415  */
416 static int get_pages_per_zspage(int class_size)
417 {
418         int i, max_usedpc = 0;
419         /* zspage order which gives maximum used size per KB */
420         int max_usedpc_order = 1;
421
422         for (i = 1; i <= ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE; i++) {
423                 int zspage_size;
424                 int waste, usedpc;
425
426                 zspage_size = i * PAGE_SIZE;
427                 waste = zspage_size % class_size;
428                 usedpc = (zspage_size - waste) * 100 / zspage_size;
429
430                 if (usedpc > max_usedpc) {
431                         max_usedpc = usedpc;
432                         max_usedpc_order = i;
433                 }
434         }
435
436         return max_usedpc_order;
437 }
438
439 /*
440  * A single 'zspage' is composed of many system pages which are
441  * linked together using fields in struct page. This function finds
442  * the first/head page, given any component page of a zspage.
443  */
444 static struct page *get_first_page(struct page *page)
445 {
446         if (is_first_page(page))
447                 return page;
448         else
449                 return page->first_page;
450 }
451
452 static struct page *get_next_page(struct page *page)
453 {
454         struct page *next;
455
456         if (is_last_page(page))
457                 next = NULL;
458         else if (is_first_page(page))
459                 next = (struct page *)page_private(page);
460         else
461                 next = list_entry(page->lru.next, struct page, lru);
462
463         return next;
464 }
465
466 /*
467  * Encode <page, obj_idx> as a single handle value.
468  * On hardware platforms with physical memory starting at 0x0 the pfn
469  * could be 0 so we ensure that the handle will never be 0 by adjusting the
470  * encoded obj_idx value before encoding.
471  */
472 static void *obj_location_to_handle(struct page *page, unsigned long obj_idx)
473 {
474         unsigned long handle;
475
476         if (!page) {
477                 BUG_ON(obj_idx);
478                 return NULL;
479         }
480
481         handle = page_to_pfn(page) << OBJ_INDEX_BITS;
482         handle |= ((obj_idx + 1) & OBJ_INDEX_MASK);
483
484         return (void *)handle;
485 }
486
487 /*
488  * Decode <page, obj_idx> pair from the given object handle. We adjust the
489  * decoded obj_idx back to its original value since it was adjusted in
490  * obj_location_to_handle().
491  */
492 static void obj_handle_to_location(unsigned long handle, struct page **page,
493                                 unsigned long *obj_idx)
494 {
495         *page = pfn_to_page(handle >> OBJ_INDEX_BITS);
496         *obj_idx = (handle & OBJ_INDEX_MASK) - 1;
497 }
498
499 static unsigned long obj_idx_to_offset(struct page *page,
500                                 unsigned long obj_idx, int class_size)
501 {
502         unsigned long off = 0;
503
504         if (!is_first_page(page))
505                 off = page->index;
506
507         return off + obj_idx * class_size;
508 }
509
510 static void reset_page(struct page *page)
511 {
512         clear_bit(PG_private, &page->flags);
513         clear_bit(PG_private_2, &page->flags);
514         set_page_private(page, 0);
515         page->mapping = NULL;
516         page->freelist = NULL;
517         page_mapcount_reset(page);
518 }
519
520 static void free_zspage(struct page *first_page)
521 {
522         struct page *nextp, *tmp, *head_extra;
523
524         BUG_ON(!is_first_page(first_page));
525         BUG_ON(first_page->inuse);
526
527         head_extra = (struct page *)page_private(first_page);
528
529         reset_page(first_page);
530         __free_page(first_page);
531
532         /* zspage with only 1 system page */
533         if (!head_extra)
534                 return;
535
536         list_for_each_entry_safe(nextp, tmp, &head_extra->lru, lru) {
537                 list_del(&nextp->lru);
538                 reset_page(nextp);
539                 __free_page(nextp);
540         }
541         reset_page(head_extra);
542         __free_page(head_extra);
543 }
544
545 /* Initialize a newly allocated zspage */
546 static void init_zspage(struct page *first_page, struct size_class *class)
547 {
548         unsigned long off = 0;
549         struct page *page = first_page;
550
551         BUG_ON(!is_first_page(first_page));
552         while (page) {
553                 struct page *next_page;
554                 struct link_free *link;
555                 unsigned int i, objs_on_page;
556
557                 /*
558                  * page->index stores offset of first object starting
559                  * in the page. For the first page, this is always 0,
560                  * so we use first_page->index (aka ->freelist) to store
561                  * head of corresponding zspage's freelist.
562                  */
563                 if (page != first_page)
564                         page->index = off;
565
566                 link = (struct link_free *)kmap_atomic(page) +
567                                                 off / sizeof(*link);
568                 objs_on_page = (PAGE_SIZE - off) / class->size;
569
570                 for (i = 1; i <= objs_on_page; i++) {
571                         off += class->size;
572                         if (off < PAGE_SIZE) {
573                                 link->next = obj_location_to_handle(page, i);
574                                 link += class->size / sizeof(*link);
575                         }
576                 }
577
578                 /*
579                  * We now come to the last (full or partial) object on this
580                  * page, which must point to the first object on the next
581                  * page (if present)
582                  */
583                 next_page = get_next_page(page);
584                 link->next = obj_location_to_handle(next_page, 0);
585                 kunmap_atomic(link);
586                 page = next_page;
587                 off = (off + class->size) % PAGE_SIZE;
588         }
589 }
590
591 /*
592  * Allocate a zspage for the given size class
593  */
594 static struct page *alloc_zspage(struct size_class *class, gfp_t flags)
595 {
596         int i, error;
597         struct page *first_page = NULL, *uninitialized_var(prev_page);
598
599         /*
600          * Allocate individual pages and link them together as:
601          * 1. first page->private = first sub-page
602          * 2. all sub-pages are linked together using page->lru
603          * 3. each sub-page is linked to the first page using page->first_page
604          *
605          * For each size class, First/Head pages are linked together using
606          * page->lru. Also, we set PG_private to identify the first page
607          * (i.e. no other sub-page has this flag set) and PG_private_2 to
608          * identify the last page.
609          */
610         error = -ENOMEM;
611         for (i = 0; i < class->pages_per_zspage; i++) {
612                 struct page *page;
613
614                 page = alloc_page(flags);
615                 if (!page)
616                         goto cleanup;
617
618                 INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
619                 if (i == 0) {   /* first page */
620                         SetPagePrivate(page);
621                         set_page_private(page, 0);
622                         first_page = page;
623                         first_page->inuse = 0;
624                 }
625                 if (i == 1)
626                         set_page_private(first_page, (unsigned long)page);
627                 if (i >= 1)
628                         page->first_page = first_page;
629                 if (i >= 2)
630                         list_add(&page->lru, &prev_page->lru);
631                 if (i == class->pages_per_zspage - 1)   /* last page */
632                         SetPagePrivate2(page);
633                 prev_page = page;
634         }
635
636         init_zspage(first_page, class);
637
638         first_page->freelist = obj_location_to_handle(first_page, 0);
639         /* Maximum number of objects we can store in this zspage */
640         first_page->objects = class->pages_per_zspage * PAGE_SIZE / class->size;
641
642         error = 0; /* Success */
643
644 cleanup:
645         if (unlikely(error) && first_page) {
646                 free_zspage(first_page);
647                 first_page = NULL;
648         }
649
650         return first_page;
651 }
652
653 static struct page *find_get_zspage(struct size_class *class)
654 {
655         int i;
656         struct page *page;
657
658         for (i = 0; i < _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS; i++) {
659                 page = class->fullness_list[i];
660                 if (page)
661                         break;
662         }
663
664         return page;
665 }
666
667 #ifdef CONFIG_PGTABLE_MAPPING
668 static inline int __zs_cpu_up(struct mapping_area *area)
669 {
670         /*
671          * Make sure we don't leak memory if a cpu UP notification
672          * and zs_init() race and both call zs_cpu_up() on the same cpu
673          */
674         if (area->vm)
675                 return 0;
676         area->vm = alloc_vm_area(PAGE_SIZE * 2, NULL);
677         if (!area->vm)
678                 return -ENOMEM;
679         return 0;
680 }
681
682 static inline void __zs_cpu_down(struct mapping_area *area)
683 {
684         if (area->vm)
685                 free_vm_area(area->vm);
686         area->vm = NULL;
687 }
688
689 static inline void *__zs_map_object(struct mapping_area *area,
690                                 struct page *pages[2], int off, int size)
691 {
692         BUG_ON(map_vm_area(area->vm, PAGE_KERNEL, &pages));
693         area->vm_addr = area->vm->addr;
694         return area->vm_addr + off;
695 }
696
697 static inline void __zs_unmap_object(struct mapping_area *area,
698                                 struct page *pages[2], int off, int size)
699 {
700         unsigned long addr = (unsigned long)area->vm_addr;
701
702         unmap_kernel_range(addr, PAGE_SIZE * 2);
703 }
704
705 #else /* CONFIG_PGTABLE_MAPPING */
706
707 static inline int __zs_cpu_up(struct mapping_area *area)
708 {
709         /*
710          * Make sure we don't leak memory if a cpu UP notification
711          * and zs_init() race and both call zs_cpu_up() on the same cpu
712          */
713         if (area->vm_buf)
714                 return 0;
715         area->vm_buf = (char *)__get_free_page(GFP_KERNEL);
716         if (!area->vm_buf)
717                 return -ENOMEM;
718         return 0;
719 }
720
721 static inline void __zs_cpu_down(struct mapping_area *area)
722 {
723         if (area->vm_buf)
724                 free_page((unsigned long)area->vm_buf);
725         area->vm_buf = NULL;
726 }
727
728 static void *__zs_map_object(struct mapping_area *area,
729                         struct page *pages[2], int off, int size)
730 {
731         int sizes[2];
732         void *addr;
733         char *buf = area->vm_buf;
734
735         /* disable page faults to match kmap_atomic() return conditions */
736         pagefault_disable();
737
738         /* no read fastpath */
739         if (area->vm_mm == ZS_MM_WO)
740                 goto out;
741
742         sizes[0] = PAGE_SIZE - off;
743         sizes[1] = size - sizes[0];
744
745         /* copy object to per-cpu buffer */
746         addr = kmap_atomic(pages[0]);
747         memcpy(buf, addr + off, sizes[0]);
748         kunmap_atomic(addr);
749         addr = kmap_atomic(pages[1]);
750         memcpy(buf + sizes[0], addr, sizes[1]);
751         kunmap_atomic(addr);
752 out:
753         return area->vm_buf;
754 }
755
756 static void __zs_unmap_object(struct mapping_area *area,
757                         struct page *pages[2], int off, int size)
758 {
759         int sizes[2];
760         void *addr;
761         char *buf = area->vm_buf;
762
763         /* no write fastpath */
764         if (area->vm_mm == ZS_MM_RO)
765                 goto out;
766
767         sizes[0] = PAGE_SIZE - off;
768         sizes[1] = size - sizes[0];
769
770         /* copy per-cpu buffer to object */
771         addr = kmap_atomic(pages[0]);
772         memcpy(addr + off, buf, sizes[0]);
773         kunmap_atomic(addr);
774         addr = kmap_atomic(pages[1]);
775         memcpy(addr, buf + sizes[0], sizes[1]);
776         kunmap_atomic(addr);
777
778 out:
779         /* enable page faults to match kunmap_atomic() return conditions */
780         pagefault_enable();
781 }
782
783 #endif /* CONFIG_PGTABLE_MAPPING */
784
785 static int zs_cpu_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long action,
786                                 void *pcpu)
787 {
788         int ret, cpu = (long)pcpu;
789         struct mapping_area *area;
790
791         switch (action) {
792         case CPU_UP_PREPARE:
793                 area = &per_cpu(zs_map_area, cpu);
794                 ret = __zs_cpu_up(area);
795                 if (ret)
796                         return notifier_from_errno(ret);
797                 break;
798         case CPU_DEAD:
799         case CPU_UP_CANCELED:
800                 area = &per_cpu(zs_map_area, cpu);
801                 __zs_cpu_down(area);
802                 break;
803         }
804
805         return NOTIFY_OK;
806 }
807
808 static struct notifier_block zs_cpu_nb = {
809         .notifier_call = zs_cpu_notifier
810 };
811
812 static void zs_exit(void)
813 {
814         int cpu;
815
816         for_each_online_cpu(cpu)
817                 zs_cpu_notifier(NULL, CPU_DEAD, (void *)(long)cpu);
818         unregister_cpu_notifier(&zs_cpu_nb);
819 }
820
821 static int zs_init(void)
822 {
823         int cpu, ret;
824
825         register_cpu_notifier(&zs_cpu_nb);
826         for_each_online_cpu(cpu) {
827                 ret = zs_cpu_notifier(NULL, CPU_UP_PREPARE, (void *)(long)cpu);
828                 if (notifier_to_errno(ret))
829                         goto fail;
830         }
831         return 0;
832 fail:
833         zs_exit();
834         return notifier_to_errno(ret);
835 }
836
837 /**
838  * zs_create_pool - Creates an allocation pool to work from.
839  * @flags: allocation flags used to allocate pool metadata
840  *
841  * This function must be called before anything when using
842  * the zsmalloc allocator.
843  *
844  * On success, a pointer to the newly created pool is returned,
845  * otherwise NULL.
846  */
847 struct zs_pool *zs_create_pool(gfp_t flags)
848 {
849         int i, ovhd_size;
850         struct zs_pool *pool;
851
852         ovhd_size = roundup(sizeof(*pool), PAGE_SIZE);
853         pool = kzalloc(ovhd_size, GFP_KERNEL);
854         if (!pool)
855                 return NULL;
856
857         for (i = 0; i < ZS_SIZE_CLASSES; i++) {
858                 int size;
859                 struct size_class *class;
860
861                 size = ZS_MIN_ALLOC_SIZE + i * ZS_SIZE_CLASS_DELTA;
862                 if (size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE)
863                         size = ZS_MAX_ALLOC_SIZE;
864
865                 class = &pool->size_class[i];
866                 class->size = size;
867                 class->index = i;
868                 spin_lock_init(&class->lock);
869                 class->pages_per_zspage = get_pages_per_zspage(size);
870
871         }
872
873         pool->flags = flags;
874
875         return pool;
876 }
877 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_create_pool);
878
879 void zs_destroy_pool(struct zs_pool *pool)
880 {
881         int i;
882
883         for (i = 0; i < ZS_SIZE_CLASSES; i++) {
884                 int fg;
885                 struct size_class *class = &pool->size_class[i];
886
887                 for (fg = 0; fg < _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS; fg++) {
888                         if (class->fullness_list[fg]) {
889                                 pr_info("Freeing non-empty class with size %db, fullness group %d\n",
890                                         class->size, fg);
891                         }
892                 }
893         }
894         kfree(pool);
895 }
896 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_destroy_pool);
897
898 /**
899  * zs_malloc - Allocate block of given size from pool.
900  * @pool: pool to allocate from
901  * @size: size of block to allocate
902  *
903  * On success, handle to the allocated object is returned,
904  * otherwise 0.
905  * Allocation requests with size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE will fail.
906  */
907 unsigned long zs_malloc(struct zs_pool *pool, size_t size)
908 {
909         unsigned long obj;
910         struct link_free *link;
911         int class_idx;
912         struct size_class *class;
913
914         struct page *first_page, *m_page;
915         unsigned long m_objidx, m_offset;
916
917         if (unlikely(!size || size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE))
918                 return 0;
919
920         class_idx = get_size_class_index(size);
921         class = &pool->size_class[class_idx];
922         BUG_ON(class_idx != class->index);
923
924         spin_lock(&class->lock);
925         first_page = find_get_zspage(class);
926
927         if (!first_page) {
928                 spin_unlock(&class->lock);
929                 first_page = alloc_zspage(class, pool->flags);
930                 if (unlikely(!first_page))
931                         return 0;
932
933                 set_zspage_mapping(first_page, class->index, ZS_EMPTY);
934                 spin_lock(&class->lock);
935                 class->pages_allocated += class->pages_per_zspage;
936         }
937
938         obj = (unsigned long)first_page->freelist;
939         obj_handle_to_location(obj, &m_page, &m_objidx);
940         m_offset = obj_idx_to_offset(m_page, m_objidx, class->size);
941
942         link = (struct link_free *)kmap_atomic(m_page) +
943                                         m_offset / sizeof(*link);
944         first_page->freelist = link->next;
945         memset(link, POISON_INUSE, sizeof(*link));
946         kunmap_atomic(link);
947
948         first_page->inuse++;
949         /* Now move the zspage to another fullness group, if required */
950         fix_fullness_group(pool, first_page);
951         spin_unlock(&class->lock);
952
953         return obj;
954 }
955 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_malloc);
956
957 void zs_free(struct zs_pool *pool, unsigned long obj)
958 {
959         struct link_free *link;
960         struct page *first_page, *f_page;
961         unsigned long f_objidx, f_offset;
962
963         int class_idx;
964         struct size_class *class;
965         enum fullness_group fullness;
966
967         if (unlikely(!obj))
968                 return;
969
970         obj_handle_to_location(obj, &f_page, &f_objidx);
971         first_page = get_first_page(f_page);
972
973         get_zspage_mapping(first_page, &class_idx, &fullness);
974         class = &pool->size_class[class_idx];
975         f_offset = obj_idx_to_offset(f_page, f_objidx, class->size);
976
977         spin_lock(&class->lock);
978
979         /* Insert this object in containing zspage's freelist */
980         link = (struct link_free *)((unsigned char *)kmap_atomic(f_page)
981                                                         + f_offset);
982         link->next = first_page->freelist;
983         kunmap_atomic(link);
984         first_page->freelist = (void *)obj;
985
986         first_page->inuse--;
987         fullness = fix_fullness_group(pool, first_page);
988
989         if (fullness == ZS_EMPTY)
990                 class->pages_allocated -= class->pages_per_zspage;
991
992         spin_unlock(&class->lock);
993
994         if (fullness == ZS_EMPTY)
995                 free_zspage(first_page);
996 }
997 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_free);
998
999 /**
1000  * zs_map_object - get address of allocated object from handle.
1001  * @pool: pool from which the object was allocated
1002  * @handle: handle returned from zs_malloc
1003  *
1004  * Before using an object allocated from zs_malloc, it must be mapped using
1005  * this function. When done with the object, it must be unmapped using
1006  * zs_unmap_object.
1007  *
1008  * Only one object can be mapped per cpu at a time. There is no protection
1009  * against nested mappings.
1010  *
1011  * This function returns with preemption and page faults disabled.
1012  */
1013 void *zs_map_object(struct zs_pool *pool, unsigned long handle,
1014                         enum zs_mapmode mm)
1015 {
1016         struct page *page;
1017         unsigned long obj_idx, off;
1018
1019         unsigned int class_idx;
1020         enum fullness_group fg;
1021         struct size_class *class;
1022         struct mapping_area *area;
1023         struct page *pages[2];
1024
1025         BUG_ON(!handle);
1026
1027         /*
1028          * Because we use per-cpu mapping areas shared among the
1029          * pools/users, we can't allow mapping in interrupt context
1030          * because it can corrupt another users mappings.
1031          */
1032         BUG_ON(in_interrupt());
1033
1034         obj_handle_to_location(handle, &page, &obj_idx);
1035         get_zspage_mapping(get_first_page(page), &class_idx, &fg);
1036         class = &pool->size_class[class_idx];
1037         off = obj_idx_to_offset(page, obj_idx, class->size);
1038
1039         area = &get_cpu_var(zs_map_area);
1040         area->vm_mm = mm;
1041         if (off + class->size <= PAGE_SIZE) {
1042                 /* this object is contained entirely within a page */
1043                 area->vm_addr = kmap_atomic(page);
1044                 return area->vm_addr + off;
1045         }
1046
1047         /* this object spans two pages */
1048         pages[0] = page;
1049         pages[1] = get_next_page(page);
1050         BUG_ON(!pages[1]);
1051
1052         return __zs_map_object(area, pages, off, class->size);
1053 }
1054 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_map_object);
1055
1056 void zs_unmap_object(struct zs_pool *pool, unsigned long handle)
1057 {
1058         struct page *page;
1059         unsigned long obj_idx, off;
1060
1061         unsigned int class_idx;
1062         enum fullness_group fg;
1063         struct size_class *class;
1064         struct mapping_area *area;
1065
1066         BUG_ON(!handle);
1067
1068         obj_handle_to_location(handle, &page, &obj_idx);
1069         get_zspage_mapping(get_first_page(page), &class_idx, &fg);
1070         class = &pool->size_class[class_idx];
1071         off = obj_idx_to_offset(page, obj_idx, class->size);
1072
1073         area = &__get_cpu_var(zs_map_area);
1074         if (off + class->size <= PAGE_SIZE)
1075                 kunmap_atomic(area->vm_addr);
1076         else {
1077                 struct page *pages[2];
1078
1079                 pages[0] = page;
1080                 pages[1] = get_next_page(page);
1081                 BUG_ON(!pages[1]);
1082
1083                 __zs_unmap_object(area, pages, off, class->size);
1084         }
1085         put_cpu_var(zs_map_area);
1086 }
1087 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_unmap_object);
1088
1089 u64 zs_get_total_size_bytes(struct zs_pool *pool)
1090 {
1091         int i;
1092         u64 npages = 0;
1093
1094         for (i = 0; i < ZS_SIZE_CLASSES; i++)
1095                 npages += pool->size_class[i].pages_allocated;
1096
1097         return npages << PAGE_SHIFT;
1098 }
1099 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_get_total_size_bytes);
1100
1101 module_init(zs_init);
1102 module_exit(zs_exit);
1103
1104 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
1105 MODULE_AUTHOR("Nitin Gupta <ngupta@vflare.org>");