zsmalloc: remove obsolete ZSMALLOC_DEBUG
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / mm / zsmalloc.c
1 /*
2  * zsmalloc memory allocator
3  *
4  * Copyright (C) 2011  Nitin Gupta
5  * Copyright (C) 2012, 2013 Minchan Kim
6  *
7  * This code is released using a dual license strategy: BSD/GPL
8  * You can choose the license that better fits your requirements.
9  *
10  * Released under the terms of 3-clause BSD License
11  * Released under the terms of GNU General Public License Version 2.0
12  */
13
14 /*
15  * Following is how we use various fields and flags of underlying
16  * struct page(s) to form a zspage.
17  *
18  * Usage of struct page fields:
19  *      page->first_page: points to the first component (0-order) page
20  *      page->index (union with page->freelist): offset of the first object
21  *              starting in this page. For the first page, this is
22  *              always 0, so we use this field (aka freelist) to point
23  *              to the first free object in zspage.
24  *      page->lru: links together all component pages (except the first page)
25  *              of a zspage
26  *
27  *      For _first_ page only:
28  *
29  *      page->private (union with page->first_page): refers to the
30  *              component page after the first page
31  *              If the page is first_page for huge object, it stores handle.
32  *              Look at size_class->huge.
33  *      page->freelist: points to the first free object in zspage.
34  *              Free objects are linked together using in-place
35  *              metadata.
36  *      page->objects: maximum number of objects we can store in this
37  *              zspage (class->zspage_order * PAGE_SIZE / class->size)
38  *      page->lru: links together first pages of various zspages.
39  *              Basically forming list of zspages in a fullness group.
40  *      page->mapping: class index and fullness group of the zspage
41  *
42  * Usage of struct page flags:
43  *      PG_private: identifies the first component page
44  *      PG_private2: identifies the last component page
45  *
46  */
47
48 #include <linux/module.h>
49 #include <linux/kernel.h>
50 #include <linux/sched.h>
51 #include <linux/bitops.h>
52 #include <linux/errno.h>
53 #include <linux/highmem.h>
54 #include <linux/string.h>
55 #include <linux/slab.h>
56 #include <asm/tlbflush.h>
57 #include <asm/pgtable.h>
58 #include <linux/cpumask.h>
59 #include <linux/cpu.h>
60 #include <linux/vmalloc.h>
61 #include <linux/hardirq.h>
62 #include <linux/spinlock.h>
63 #include <linux/types.h>
64 #include <linux/debugfs.h>
65 #include <linux/zsmalloc.h>
66 #include <linux/zpool.h>
67
68 /*
69  * This must be power of 2 and greater than of equal to sizeof(link_free).
70  * These two conditions ensure that any 'struct link_free' itself doesn't
71  * span more than 1 page which avoids complex case of mapping 2 pages simply
72  * to restore link_free pointer values.
73  */
74 #define ZS_ALIGN                8
75
76 /*
77  * A single 'zspage' is composed of up to 2^N discontiguous 0-order (single)
78  * pages. ZS_MAX_ZSPAGE_ORDER defines upper limit on N.
79  */
80 #define ZS_MAX_ZSPAGE_ORDER 2
81 #define ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE (_AC(1, UL) << ZS_MAX_ZSPAGE_ORDER)
82
83 #define ZS_HANDLE_SIZE (sizeof(unsigned long))
84
85 /*
86  * Object location (<PFN>, <obj_idx>) is encoded as
87  * as single (unsigned long) handle value.
88  *
89  * Note that object index <obj_idx> is relative to system
90  * page <PFN> it is stored in, so for each sub-page belonging
91  * to a zspage, obj_idx starts with 0.
92  *
93  * This is made more complicated by various memory models and PAE.
94  */
95
96 #ifndef MAX_PHYSMEM_BITS
97 #ifdef CONFIG_HIGHMEM64G
98 #define MAX_PHYSMEM_BITS 36
99 #else /* !CONFIG_HIGHMEM64G */
100 /*
101  * If this definition of MAX_PHYSMEM_BITS is used, OBJ_INDEX_BITS will just
102  * be PAGE_SHIFT
103  */
104 #define MAX_PHYSMEM_BITS BITS_PER_LONG
105 #endif
106 #endif
107 #define _PFN_BITS               (MAX_PHYSMEM_BITS - PAGE_SHIFT)
108
109 /*
110  * Memory for allocating for handle keeps object position by
111  * encoding <page, obj_idx> and the encoded value has a room
112  * in least bit(ie, look at obj_to_location).
113  * We use the bit to synchronize between object access by
114  * user and migration.
115  */
116 #define HANDLE_PIN_BIT  0
117
118 /*
119  * Head in allocated object should have OBJ_ALLOCATED_TAG
120  * to identify the object was allocated or not.
121  * It's okay to add the status bit in the least bit because
122  * header keeps handle which is 4byte-aligned address so we
123  * have room for two bit at least.
124  */
125 #define OBJ_ALLOCATED_TAG 1
126 #define OBJ_TAG_BITS 1
127 #define OBJ_INDEX_BITS  (BITS_PER_LONG - _PFN_BITS - OBJ_TAG_BITS)
128 #define OBJ_INDEX_MASK  ((_AC(1, UL) << OBJ_INDEX_BITS) - 1)
129
130 #define MAX(a, b) ((a) >= (b) ? (a) : (b))
131 /* ZS_MIN_ALLOC_SIZE must be multiple of ZS_ALIGN */
132 #define ZS_MIN_ALLOC_SIZE \
133         MAX(32, (ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE << PAGE_SHIFT >> OBJ_INDEX_BITS))
134 /* each chunk includes extra space to keep handle */
135 #define ZS_MAX_ALLOC_SIZE       PAGE_SIZE
136
137 /*
138  * On systems with 4K page size, this gives 255 size classes! There is a
139  * trader-off here:
140  *  - Large number of size classes is potentially wasteful as free page are
141  *    spread across these classes
142  *  - Small number of size classes causes large internal fragmentation
143  *  - Probably its better to use specific size classes (empirically
144  *    determined). NOTE: all those class sizes must be set as multiple of
145  *    ZS_ALIGN to make sure link_free itself never has to span 2 pages.
146  *
147  *  ZS_MIN_ALLOC_SIZE and ZS_SIZE_CLASS_DELTA must be multiple of ZS_ALIGN
148  *  (reason above)
149  */
150 #define ZS_SIZE_CLASS_DELTA     (PAGE_SIZE >> 8)
151
152 /*
153  * We do not maintain any list for completely empty or full pages
154  */
155 enum fullness_group {
156         ZS_ALMOST_FULL,
157         ZS_ALMOST_EMPTY,
158         _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS,
159
160         ZS_EMPTY,
161         ZS_FULL
162 };
163
164 enum zs_stat_type {
165         OBJ_ALLOCATED,
166         OBJ_USED,
167         CLASS_ALMOST_FULL,
168         CLASS_ALMOST_EMPTY,
169         NR_ZS_STAT_TYPE,
170 };
171
172 #ifdef CONFIG_ZSMALLOC_STAT
173
174 static struct dentry *zs_stat_root;
175
176 struct zs_size_stat {
177         unsigned long objs[NR_ZS_STAT_TYPE];
178 };
179
180 #endif
181
182 /*
183  * number of size_classes
184  */
185 static int zs_size_classes;
186
187 /*
188  * We assign a page to ZS_ALMOST_EMPTY fullness group when:
189  *      n <= N / f, where
190  * n = number of allocated objects
191  * N = total number of objects zspage can store
192  * f = fullness_threshold_frac
193  *
194  * Similarly, we assign zspage to:
195  *      ZS_ALMOST_FULL  when n > N / f
196  *      ZS_EMPTY        when n == 0
197  *      ZS_FULL         when n == N
198  *
199  * (see: fix_fullness_group())
200  */
201 static const int fullness_threshold_frac = 4;
202
203 struct size_class {
204         /*
205          * Size of objects stored in this class. Must be multiple
206          * of ZS_ALIGN.
207          */
208         int size;
209         unsigned int index;
210
211         /* Number of PAGE_SIZE sized pages to combine to form a 'zspage' */
212         int pages_per_zspage;
213         /* huge object: pages_per_zspage == 1 && maxobj_per_zspage == 1 */
214         bool huge;
215
216 #ifdef CONFIG_ZSMALLOC_STAT
217         struct zs_size_stat stats;
218 #endif
219
220         spinlock_t lock;
221
222         struct page *fullness_list[_ZS_NR_FULLNESS_GROUPS];
223 };
224
225 /*
226  * Placed within free objects to form a singly linked list.
227  * For every zspage, first_page->freelist gives head of this list.
228  *
229  * This must be power of 2 and less than or equal to ZS_ALIGN
230  */
231 struct link_free {
232         union {
233                 /*
234                  * Position of next free chunk (encodes <PFN, obj_idx>)
235                  * It's valid for non-allocated object
236                  */
237                 void *next;
238                 /*
239                  * Handle of allocated object.
240                  */
241                 unsigned long handle;
242         };
243 };
244
245 struct zs_pool {
246         char *name;
247
248         struct size_class **size_class;
249         struct kmem_cache *handle_cachep;
250
251         gfp_t flags;    /* allocation flags used when growing pool */
252         atomic_long_t pages_allocated;
253
254 #ifdef CONFIG_ZSMALLOC_STAT
255         struct dentry *stat_dentry;
256 #endif
257 };
258
259 /*
260  * A zspage's class index and fullness group
261  * are encoded in its (first)page->mapping
262  */
263 #define CLASS_IDX_BITS  28
264 #define FULLNESS_BITS   4
265 #define CLASS_IDX_MASK  ((1 << CLASS_IDX_BITS) - 1)
266 #define FULLNESS_MASK   ((1 << FULLNESS_BITS) - 1)
267
268 struct mapping_area {
269 #ifdef CONFIG_PGTABLE_MAPPING
270         struct vm_struct *vm; /* vm area for mapping object that span pages */
271 #else
272         char *vm_buf; /* copy buffer for objects that span pages */
273 #endif
274         char *vm_addr; /* address of kmap_atomic()'ed pages */
275         enum zs_mapmode vm_mm; /* mapping mode */
276         bool huge;
277 };
278
279 static int create_handle_cache(struct zs_pool *pool)
280 {
281         pool->handle_cachep = kmem_cache_create("zs_handle", ZS_HANDLE_SIZE,
282                                         0, 0, NULL);
283         return pool->handle_cachep ? 0 : 1;
284 }
285
286 static void destroy_handle_cache(struct zs_pool *pool)
287 {
288         if (pool->handle_cachep)
289                 kmem_cache_destroy(pool->handle_cachep);
290 }
291
292 static unsigned long alloc_handle(struct zs_pool *pool)
293 {
294         return (unsigned long)kmem_cache_alloc(pool->handle_cachep,
295                 pool->flags & ~__GFP_HIGHMEM);
296 }
297
298 static void free_handle(struct zs_pool *pool, unsigned long handle)
299 {
300         kmem_cache_free(pool->handle_cachep, (void *)handle);
301 }
302
303 static void record_obj(unsigned long handle, unsigned long obj)
304 {
305         *(unsigned long *)handle = obj;
306 }
307
308 /* zpool driver */
309
310 #ifdef CONFIG_ZPOOL
311
312 static void *zs_zpool_create(char *name, gfp_t gfp, struct zpool_ops *zpool_ops)
313 {
314         return zs_create_pool(name, gfp);
315 }
316
317 static void zs_zpool_destroy(void *pool)
318 {
319         zs_destroy_pool(pool);
320 }
321
322 static int zs_zpool_malloc(void *pool, size_t size, gfp_t gfp,
323                         unsigned long *handle)
324 {
325         *handle = zs_malloc(pool, size);
326         return *handle ? 0 : -1;
327 }
328 static void zs_zpool_free(void *pool, unsigned long handle)
329 {
330         zs_free(pool, handle);
331 }
332
333 static int zs_zpool_shrink(void *pool, unsigned int pages,
334                         unsigned int *reclaimed)
335 {
336         return -EINVAL;
337 }
338
339 static void *zs_zpool_map(void *pool, unsigned long handle,
340                         enum zpool_mapmode mm)
341 {
342         enum zs_mapmode zs_mm;
343
344         switch (mm) {
345         case ZPOOL_MM_RO:
346                 zs_mm = ZS_MM_RO;
347                 break;
348         case ZPOOL_MM_WO:
349                 zs_mm = ZS_MM_WO;
350                 break;
351         case ZPOOL_MM_RW: /* fallthru */
352         default:
353                 zs_mm = ZS_MM_RW;
354                 break;
355         }
356
357         return zs_map_object(pool, handle, zs_mm);
358 }
359 static void zs_zpool_unmap(void *pool, unsigned long handle)
360 {
361         zs_unmap_object(pool, handle);
362 }
363
364 static u64 zs_zpool_total_size(void *pool)
365 {
366         return zs_get_total_pages(pool) << PAGE_SHIFT;
367 }
368
369 static struct zpool_driver zs_zpool_driver = {
370         .type =         "zsmalloc",
371         .owner =        THIS_MODULE,
372         .create =       zs_zpool_create,
373         .destroy =      zs_zpool_destroy,
374         .malloc =       zs_zpool_malloc,
375         .free =         zs_zpool_free,
376         .shrink =       zs_zpool_shrink,
377         .map =          zs_zpool_map,
378         .unmap =        zs_zpool_unmap,
379         .total_size =   zs_zpool_total_size,
380 };
381
382 MODULE_ALIAS("zpool-zsmalloc");
383 #endif /* CONFIG_ZPOOL */
384
385 static unsigned int get_maxobj_per_zspage(int size, int pages_per_zspage)
386 {
387         return pages_per_zspage * PAGE_SIZE / size;
388 }
389
390 /* per-cpu VM mapping areas for zspage accesses that cross page boundaries */
391 static DEFINE_PER_CPU(struct mapping_area, zs_map_area);
392
393 static int is_first_page(struct page *page)
394 {
395         return PagePrivate(page);
396 }
397
398 static int is_last_page(struct page *page)
399 {
400         return PagePrivate2(page);
401 }
402
403 static void get_zspage_mapping(struct page *page, unsigned int *class_idx,
404                                 enum fullness_group *fullness)
405 {
406         unsigned long m;
407         BUG_ON(!is_first_page(page));
408
409         m = (unsigned long)page->mapping;
410         *fullness = m & FULLNESS_MASK;
411         *class_idx = (m >> FULLNESS_BITS) & CLASS_IDX_MASK;
412 }
413
414 static void set_zspage_mapping(struct page *page, unsigned int class_idx,
415                                 enum fullness_group fullness)
416 {
417         unsigned long m;
418         BUG_ON(!is_first_page(page));
419
420         m = ((class_idx & CLASS_IDX_MASK) << FULLNESS_BITS) |
421                         (fullness & FULLNESS_MASK);
422         page->mapping = (struct address_space *)m;
423 }
424
425 /*
426  * zsmalloc divides the pool into various size classes where each
427  * class maintains a list of zspages where each zspage is divided
428  * into equal sized chunks. Each allocation falls into one of these
429  * classes depending on its size. This function returns index of the
430  * size class which has chunk size big enough to hold the give size.
431  */
432 static int get_size_class_index(int size)
433 {
434         int idx = 0;
435
436         if (likely(size > ZS_MIN_ALLOC_SIZE))
437                 idx = DIV_ROUND_UP(size - ZS_MIN_ALLOC_SIZE,
438                                 ZS_SIZE_CLASS_DELTA);
439
440         return min(zs_size_classes - 1, idx);
441 }
442
443 #ifdef CONFIG_ZSMALLOC_STAT
444
445 static inline void zs_stat_inc(struct size_class *class,
446                                 enum zs_stat_type type, unsigned long cnt)
447 {
448         class->stats.objs[type] += cnt;
449 }
450
451 static inline void zs_stat_dec(struct size_class *class,
452                                 enum zs_stat_type type, unsigned long cnt)
453 {
454         class->stats.objs[type] -= cnt;
455 }
456
457 static inline unsigned long zs_stat_get(struct size_class *class,
458                                 enum zs_stat_type type)
459 {
460         return class->stats.objs[type];
461 }
462
463 static int __init zs_stat_init(void)
464 {
465         if (!debugfs_initialized())
466                 return -ENODEV;
467
468         zs_stat_root = debugfs_create_dir("zsmalloc", NULL);
469         if (!zs_stat_root)
470                 return -ENOMEM;
471
472         return 0;
473 }
474
475 static void __exit zs_stat_exit(void)
476 {
477         debugfs_remove_recursive(zs_stat_root);
478 }
479
480 static int zs_stats_size_show(struct seq_file *s, void *v)
481 {
482         int i;
483         struct zs_pool *pool = s->private;
484         struct size_class *class;
485         int objs_per_zspage;
486         unsigned long class_almost_full, class_almost_empty;
487         unsigned long obj_allocated, obj_used, pages_used;
488         unsigned long total_class_almost_full = 0, total_class_almost_empty = 0;
489         unsigned long total_objs = 0, total_used_objs = 0, total_pages = 0;
490
491         seq_printf(s, " %5s %5s %11s %12s %13s %10s %10s %16s\n",
492                         "class", "size", "almost_full", "almost_empty",
493                         "obj_allocated", "obj_used", "pages_used",
494                         "pages_per_zspage");
495
496         for (i = 0; i < zs_size_classes; i++) {
497                 class = pool->size_class[i];
498
499                 if (class->index != i)
500                         continue;
501
502                 spin_lock(&class->lock);
503                 class_almost_full = zs_stat_get(class, CLASS_ALMOST_FULL);
504                 class_almost_empty = zs_stat_get(class, CLASS_ALMOST_EMPTY);
505                 obj_allocated = zs_stat_get(class, OBJ_ALLOCATED);
506                 obj_used = zs_stat_get(class, OBJ_USED);
507                 spin_unlock(&class->lock);
508
509                 objs_per_zspage = get_maxobj_per_zspage(class->size,
510                                 class->pages_per_zspage);
511                 pages_used = obj_allocated / objs_per_zspage *
512                                 class->pages_per_zspage;
513
514                 seq_printf(s, " %5u %5u %11lu %12lu %13lu %10lu %10lu %16d\n",
515                         i, class->size, class_almost_full, class_almost_empty,
516                         obj_allocated, obj_used, pages_used,
517                         class->pages_per_zspage);
518
519                 total_class_almost_full += class_almost_full;
520                 total_class_almost_empty += class_almost_empty;
521                 total_objs += obj_allocated;
522                 total_used_objs += obj_used;
523                 total_pages += pages_used;
524         }
525
526         seq_puts(s, "\n");
527         seq_printf(s, " %5s %5s %11lu %12lu %13lu %10lu %10lu\n",
528                         "Total", "", total_class_almost_full,
529                         total_class_almost_empty, total_objs,
530                         total_used_objs, total_pages);
531
532         return 0;
533 }
534
535 static int zs_stats_size_open(struct inode *inode, struct file *file)
536 {
537         return single_open(file, zs_stats_size_show, inode->i_private);
538 }
539
540 static const struct file_operations zs_stat_size_ops = {
541         .open           = zs_stats_size_open,
542         .read           = seq_read,
543         .llseek         = seq_lseek,
544         .release        = single_release,
545 };
546
547 static int zs_pool_stat_create(char *name, struct zs_pool *pool)
548 {
549         struct dentry *entry;
550
551         if (!zs_stat_root)
552                 return -ENODEV;
553
554         entry = debugfs_create_dir(name, zs_stat_root);
555         if (!entry) {
556                 pr_warn("debugfs dir <%s> creation failed\n", name);
557                 return -ENOMEM;
558         }
559         pool->stat_dentry = entry;
560
561         entry = debugfs_create_file("classes", S_IFREG | S_IRUGO,
562                         pool->stat_dentry, pool, &zs_stat_size_ops);
563         if (!entry) {
564                 pr_warn("%s: debugfs file entry <%s> creation failed\n",
565                                 name, "classes");
566                 return -ENOMEM;
567         }
568
569         return 0;
570 }
571
572 static void zs_pool_stat_destroy(struct zs_pool *pool)
573 {
574         debugfs_remove_recursive(pool->stat_dentry);
575 }
576
577 #else /* CONFIG_ZSMALLOC_STAT */
578
579 static inline void zs_stat_inc(struct size_class *class,
580                                 enum zs_stat_type type, unsigned long cnt)
581 {
582 }
583
584 static inline void zs_stat_dec(struct size_class *class,
585                                 enum zs_stat_type type, unsigned long cnt)
586 {
587 }
588
589 static inline unsigned long zs_stat_get(struct size_class *class,
590                                 enum zs_stat_type type)
591 {
592         return 0;
593 }
594
595 static int __init zs_stat_init(void)
596 {
597         return 0;
598 }
599
600 static void __exit zs_stat_exit(void)
601 {
602 }
603
604 static inline int zs_pool_stat_create(char *name, struct zs_pool *pool)
605 {
606         return 0;
607 }
608
609 static inline void zs_pool_stat_destroy(struct zs_pool *pool)
610 {
611 }
612
613 #endif
614
615
616 /*
617  * For each size class, zspages are divided into different groups
618  * depending on how "full" they are. This was done so that we could
619  * easily find empty or nearly empty zspages when we try to shrink
620  * the pool (not yet implemented). This function returns fullness
621  * status of the given page.
622  */
623 static enum fullness_group get_fullness_group(struct page *page)
624 {
625         int inuse, max_objects;
626         enum fullness_group fg;
627         BUG_ON(!is_first_page(page));
628
629         inuse = page->inuse;
630         max_objects = page->objects;
631
632         if (inuse == 0)
633                 fg = ZS_EMPTY;
634         else if (inuse == max_objects)
635                 fg = ZS_FULL;
636         else if (inuse <= 3 * max_objects / fullness_threshold_frac)
637                 fg = ZS_ALMOST_EMPTY;
638         else
639                 fg = ZS_ALMOST_FULL;
640
641         return fg;
642 }
643
644 /*
645  * Each size class maintains various freelists and zspages are assigned
646  * to one of these freelists based on the number of live objects they
647  * have. This functions inserts the given zspage into the freelist
648  * identified by <class, fullness_group>.
649  */
650 static void insert_zspage(struct page *page, struct size_class *class,
651                                 enum fullness_group fullness)
652 {
653         struct page **head;
654
655         BUG_ON(!is_first_page(page));
656
657         if (fullness >= _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS)
658                 return;
659
660         head = &class->fullness_list[fullness];
661         if (*head)
662                 list_add_tail(&page->lru, &(*head)->lru);
663
664         *head = page;
665         zs_stat_inc(class, fullness == ZS_ALMOST_EMPTY ?
666                         CLASS_ALMOST_EMPTY : CLASS_ALMOST_FULL, 1);
667 }
668
669 /*
670  * This function removes the given zspage from the freelist identified
671  * by <class, fullness_group>.
672  */
673 static void remove_zspage(struct page *page, struct size_class *class,
674                                 enum fullness_group fullness)
675 {
676         struct page **head;
677
678         BUG_ON(!is_first_page(page));
679
680         if (fullness >= _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS)
681                 return;
682
683         head = &class->fullness_list[fullness];
684         BUG_ON(!*head);
685         if (list_empty(&(*head)->lru))
686                 *head = NULL;
687         else if (*head == page)
688                 *head = (struct page *)list_entry((*head)->lru.next,
689                                         struct page, lru);
690
691         list_del_init(&page->lru);
692         zs_stat_dec(class, fullness == ZS_ALMOST_EMPTY ?
693                         CLASS_ALMOST_EMPTY : CLASS_ALMOST_FULL, 1);
694 }
695
696 /*
697  * Each size class maintains zspages in different fullness groups depending
698  * on the number of live objects they contain. When allocating or freeing
699  * objects, the fullness status of the page can change, say, from ALMOST_FULL
700  * to ALMOST_EMPTY when freeing an object. This function checks if such
701  * a status change has occurred for the given page and accordingly moves the
702  * page from the freelist of the old fullness group to that of the new
703  * fullness group.
704  */
705 static enum fullness_group fix_fullness_group(struct size_class *class,
706                                                 struct page *page)
707 {
708         int class_idx;
709         enum fullness_group currfg, newfg;
710
711         BUG_ON(!is_first_page(page));
712
713         get_zspage_mapping(page, &class_idx, &currfg);
714         newfg = get_fullness_group(page);
715         if (newfg == currfg)
716                 goto out;
717
718         remove_zspage(page, class, currfg);
719         insert_zspage(page, class, newfg);
720         set_zspage_mapping(page, class_idx, newfg);
721
722 out:
723         return newfg;
724 }
725
726 /*
727  * We have to decide on how many pages to link together
728  * to form a zspage for each size class. This is important
729  * to reduce wastage due to unusable space left at end of
730  * each zspage which is given as:
731  *     wastage = Zp % class_size
732  *     usage = Zp - wastage
733  * where Zp = zspage size = k * PAGE_SIZE where k = 1, 2, ...
734  *
735  * For example, for size class of 3/8 * PAGE_SIZE, we should
736  * link together 3 PAGE_SIZE sized pages to form a zspage
737  * since then we can perfectly fit in 8 such objects.
738  */
739 static int get_pages_per_zspage(int class_size)
740 {
741         int i, max_usedpc = 0;
742         /* zspage order which gives maximum used size per KB */
743         int max_usedpc_order = 1;
744
745         for (i = 1; i <= ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE; i++) {
746                 int zspage_size;
747                 int waste, usedpc;
748
749                 zspage_size = i * PAGE_SIZE;
750                 waste = zspage_size % class_size;
751                 usedpc = (zspage_size - waste) * 100 / zspage_size;
752
753                 if (usedpc > max_usedpc) {
754                         max_usedpc = usedpc;
755                         max_usedpc_order = i;
756                 }
757         }
758
759         return max_usedpc_order;
760 }
761
762 /*
763  * A single 'zspage' is composed of many system pages which are
764  * linked together using fields in struct page. This function finds
765  * the first/head page, given any component page of a zspage.
766  */
767 static struct page *get_first_page(struct page *page)
768 {
769         if (is_first_page(page))
770                 return page;
771         else
772                 return page->first_page;
773 }
774
775 static struct page *get_next_page(struct page *page)
776 {
777         struct page *next;
778
779         if (is_last_page(page))
780                 next = NULL;
781         else if (is_first_page(page))
782                 next = (struct page *)page_private(page);
783         else
784                 next = list_entry(page->lru.next, struct page, lru);
785
786         return next;
787 }
788
789 /*
790  * Encode <page, obj_idx> as a single handle value.
791  * We use the least bit of handle for tagging.
792  */
793 static void *location_to_obj(struct page *page, unsigned long obj_idx)
794 {
795         unsigned long obj;
796
797         if (!page) {
798                 BUG_ON(obj_idx);
799                 return NULL;
800         }
801
802         obj = page_to_pfn(page) << OBJ_INDEX_BITS;
803         obj |= ((obj_idx) & OBJ_INDEX_MASK);
804         obj <<= OBJ_TAG_BITS;
805
806         return (void *)obj;
807 }
808
809 /*
810  * Decode <page, obj_idx> pair from the given object handle. We adjust the
811  * decoded obj_idx back to its original value since it was adjusted in
812  * location_to_obj().
813  */
814 static void obj_to_location(unsigned long obj, struct page **page,
815                                 unsigned long *obj_idx)
816 {
817         obj >>= OBJ_TAG_BITS;
818         *page = pfn_to_page(obj >> OBJ_INDEX_BITS);
819         *obj_idx = (obj & OBJ_INDEX_MASK);
820 }
821
822 static unsigned long handle_to_obj(unsigned long handle)
823 {
824         return *(unsigned long *)handle;
825 }
826
827 static unsigned long obj_to_head(struct size_class *class, struct page *page,
828                         void *obj)
829 {
830         if (class->huge) {
831                 VM_BUG_ON(!is_first_page(page));
832                 return *(unsigned long *)page_private(page);
833         } else
834                 return *(unsigned long *)obj;
835 }
836
837 static unsigned long obj_idx_to_offset(struct page *page,
838                                 unsigned long obj_idx, int class_size)
839 {
840         unsigned long off = 0;
841
842         if (!is_first_page(page))
843                 off = page->index;
844
845         return off + obj_idx * class_size;
846 }
847
848 static inline int trypin_tag(unsigned long handle)
849 {
850         unsigned long *ptr = (unsigned long *)handle;
851
852         return !test_and_set_bit_lock(HANDLE_PIN_BIT, ptr);
853 }
854
855 static void pin_tag(unsigned long handle)
856 {
857         while (!trypin_tag(handle));
858 }
859
860 static void unpin_tag(unsigned long handle)
861 {
862         unsigned long *ptr = (unsigned long *)handle;
863
864         clear_bit_unlock(HANDLE_PIN_BIT, ptr);
865 }
866
867 static void reset_page(struct page *page)
868 {
869         clear_bit(PG_private, &page->flags);
870         clear_bit(PG_private_2, &page->flags);
871         set_page_private(page, 0);
872         page->mapping = NULL;
873         page->freelist = NULL;
874         page_mapcount_reset(page);
875 }
876
877 static void free_zspage(struct page *first_page)
878 {
879         struct page *nextp, *tmp, *head_extra;
880
881         BUG_ON(!is_first_page(first_page));
882         BUG_ON(first_page->inuse);
883
884         head_extra = (struct page *)page_private(first_page);
885
886         reset_page(first_page);
887         __free_page(first_page);
888
889         /* zspage with only 1 system page */
890         if (!head_extra)
891                 return;
892
893         list_for_each_entry_safe(nextp, tmp, &head_extra->lru, lru) {
894                 list_del(&nextp->lru);
895                 reset_page(nextp);
896                 __free_page(nextp);
897         }
898         reset_page(head_extra);
899         __free_page(head_extra);
900 }
901
902 /* Initialize a newly allocated zspage */
903 static void init_zspage(struct page *first_page, struct size_class *class)
904 {
905         unsigned long off = 0;
906         struct page *page = first_page;
907
908         BUG_ON(!is_first_page(first_page));
909         while (page) {
910                 struct page *next_page;
911                 struct link_free *link;
912                 unsigned int i = 1;
913                 void *vaddr;
914
915                 /*
916                  * page->index stores offset of first object starting
917                  * in the page. For the first page, this is always 0,
918                  * so we use first_page->index (aka ->freelist) to store
919                  * head of corresponding zspage's freelist.
920                  */
921                 if (page != first_page)
922                         page->index = off;
923
924                 vaddr = kmap_atomic(page);
925                 link = (struct link_free *)vaddr + off / sizeof(*link);
926
927                 while ((off += class->size) < PAGE_SIZE) {
928                         link->next = location_to_obj(page, i++);
929                         link += class->size / sizeof(*link);
930                 }
931
932                 /*
933                  * We now come to the last (full or partial) object on this
934                  * page, which must point to the first object on the next
935                  * page (if present)
936                  */
937                 next_page = get_next_page(page);
938                 link->next = location_to_obj(next_page, 0);
939                 kunmap_atomic(vaddr);
940                 page = next_page;
941                 off %= PAGE_SIZE;
942         }
943 }
944
945 /*
946  * Allocate a zspage for the given size class
947  */
948 static struct page *alloc_zspage(struct size_class *class, gfp_t flags)
949 {
950         int i, error;
951         struct page *first_page = NULL, *uninitialized_var(prev_page);
952
953         /*
954          * Allocate individual pages and link them together as:
955          * 1. first page->private = first sub-page
956          * 2. all sub-pages are linked together using page->lru
957          * 3. each sub-page is linked to the first page using page->first_page
958          *
959          * For each size class, First/Head pages are linked together using
960          * page->lru. Also, we set PG_private to identify the first page
961          * (i.e. no other sub-page has this flag set) and PG_private_2 to
962          * identify the last page.
963          */
964         error = -ENOMEM;
965         for (i = 0; i < class->pages_per_zspage; i++) {
966                 struct page *page;
967
968                 page = alloc_page(flags);
969                 if (!page)
970                         goto cleanup;
971
972                 INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
973                 if (i == 0) {   /* first page */
974                         SetPagePrivate(page);
975                         set_page_private(page, 0);
976                         first_page = page;
977                         first_page->inuse = 0;
978                 }
979                 if (i == 1)
980                         set_page_private(first_page, (unsigned long)page);
981                 if (i >= 1)
982                         page->first_page = first_page;
983                 if (i >= 2)
984                         list_add(&page->lru, &prev_page->lru);
985                 if (i == class->pages_per_zspage - 1)   /* last page */
986                         SetPagePrivate2(page);
987                 prev_page = page;
988         }
989
990         init_zspage(first_page, class);
991
992         first_page->freelist = location_to_obj(first_page, 0);
993         /* Maximum number of objects we can store in this zspage */
994         first_page->objects = class->pages_per_zspage * PAGE_SIZE / class->size;
995
996         error = 0; /* Success */
997
998 cleanup:
999         if (unlikely(error) && first_page) {
1000                 free_zspage(first_page);
1001                 first_page = NULL;
1002         }
1003
1004         return first_page;
1005 }
1006
1007 static struct page *find_get_zspage(struct size_class *class)
1008 {
1009         int i;
1010         struct page *page;
1011
1012         for (i = 0; i < _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS; i++) {
1013                 page = class->fullness_list[i];
1014                 if (page)
1015                         break;
1016         }
1017
1018         return page;
1019 }
1020
1021 #ifdef CONFIG_PGTABLE_MAPPING
1022 static inline int __zs_cpu_up(struct mapping_area *area)
1023 {
1024         /*
1025          * Make sure we don't leak memory if a cpu UP notification
1026          * and zs_init() race and both call zs_cpu_up() on the same cpu
1027          */
1028         if (area->vm)
1029                 return 0;
1030         area->vm = alloc_vm_area(PAGE_SIZE * 2, NULL);
1031         if (!area->vm)
1032                 return -ENOMEM;
1033         return 0;
1034 }
1035
1036 static inline void __zs_cpu_down(struct mapping_area *area)
1037 {
1038         if (area->vm)
1039                 free_vm_area(area->vm);
1040         area->vm = NULL;
1041 }
1042
1043 static inline void *__zs_map_object(struct mapping_area *area,
1044                                 struct page *pages[2], int off, int size)
1045 {
1046         BUG_ON(map_vm_area(area->vm, PAGE_KERNEL, pages));
1047         area->vm_addr = area->vm->addr;
1048         return area->vm_addr + off;
1049 }
1050
1051 static inline void __zs_unmap_object(struct mapping_area *area,
1052                                 struct page *pages[2], int off, int size)
1053 {
1054         unsigned long addr = (unsigned long)area->vm_addr;
1055
1056         unmap_kernel_range(addr, PAGE_SIZE * 2);
1057 }
1058
1059 #else /* CONFIG_PGTABLE_MAPPING */
1060
1061 static inline int __zs_cpu_up(struct mapping_area *area)
1062 {
1063         /*
1064          * Make sure we don't leak memory if a cpu UP notification
1065          * and zs_init() race and both call zs_cpu_up() on the same cpu
1066          */
1067         if (area->vm_buf)
1068                 return 0;
1069         area->vm_buf = kmalloc(ZS_MAX_ALLOC_SIZE, GFP_KERNEL);
1070         if (!area->vm_buf)
1071                 return -ENOMEM;
1072         return 0;
1073 }
1074
1075 static inline void __zs_cpu_down(struct mapping_area *area)
1076 {
1077         kfree(area->vm_buf);
1078         area->vm_buf = NULL;
1079 }
1080
1081 static void *__zs_map_object(struct mapping_area *area,
1082                         struct page *pages[2], int off, int size)
1083 {
1084         int sizes[2];
1085         void *addr;
1086         char *buf = area->vm_buf;
1087
1088         /* disable page faults to match kmap_atomic() return conditions */
1089         pagefault_disable();
1090
1091         /* no read fastpath */
1092         if (area->vm_mm == ZS_MM_WO)
1093                 goto out;
1094
1095         sizes[0] = PAGE_SIZE - off;
1096         sizes[1] = size - sizes[0];
1097
1098         /* copy object to per-cpu buffer */
1099         addr = kmap_atomic(pages[0]);
1100         memcpy(buf, addr + off, sizes[0]);
1101         kunmap_atomic(addr);
1102         addr = kmap_atomic(pages[1]);
1103         memcpy(buf + sizes[0], addr, sizes[1]);
1104         kunmap_atomic(addr);
1105 out:
1106         return area->vm_buf;
1107 }
1108
1109 static void __zs_unmap_object(struct mapping_area *area,
1110                         struct page *pages[2], int off, int size)
1111 {
1112         int sizes[2];
1113         void *addr;
1114         char *buf;
1115
1116         /* no write fastpath */
1117         if (area->vm_mm == ZS_MM_RO)
1118                 goto out;
1119
1120         buf = area->vm_buf;
1121         if (!area->huge) {
1122                 buf = buf + ZS_HANDLE_SIZE;
1123                 size -= ZS_HANDLE_SIZE;
1124                 off += ZS_HANDLE_SIZE;
1125         }
1126
1127         sizes[0] = PAGE_SIZE - off;
1128         sizes[1] = size - sizes[0];
1129
1130         /* copy per-cpu buffer to object */
1131         addr = kmap_atomic(pages[0]);
1132         memcpy(addr + off, buf, sizes[0]);
1133         kunmap_atomic(addr);
1134         addr = kmap_atomic(pages[1]);
1135         memcpy(addr, buf + sizes[0], sizes[1]);
1136         kunmap_atomic(addr);
1137
1138 out:
1139         /* enable page faults to match kunmap_atomic() return conditions */
1140         pagefault_enable();
1141 }
1142
1143 #endif /* CONFIG_PGTABLE_MAPPING */
1144
1145 static int zs_cpu_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long action,
1146                                 void *pcpu)
1147 {
1148         int ret, cpu = (long)pcpu;
1149         struct mapping_area *area;
1150
1151         switch (action) {
1152         case CPU_UP_PREPARE:
1153                 area = &per_cpu(zs_map_area, cpu);
1154                 ret = __zs_cpu_up(area);
1155                 if (ret)
1156                         return notifier_from_errno(ret);
1157                 break;
1158         case CPU_DEAD:
1159         case CPU_UP_CANCELED:
1160                 area = &per_cpu(zs_map_area, cpu);
1161                 __zs_cpu_down(area);
1162                 break;
1163         }
1164
1165         return NOTIFY_OK;
1166 }
1167
1168 static struct notifier_block zs_cpu_nb = {
1169         .notifier_call = zs_cpu_notifier
1170 };
1171
1172 static int zs_register_cpu_notifier(void)
1173 {
1174         int cpu, uninitialized_var(ret);
1175
1176         cpu_notifier_register_begin();
1177
1178         __register_cpu_notifier(&zs_cpu_nb);
1179         for_each_online_cpu(cpu) {
1180                 ret = zs_cpu_notifier(NULL, CPU_UP_PREPARE, (void *)(long)cpu);
1181                 if (notifier_to_errno(ret))
1182                         break;
1183         }
1184
1185         cpu_notifier_register_done();
1186         return notifier_to_errno(ret);
1187 }
1188
1189 static void zs_unregister_cpu_notifier(void)
1190 {
1191         int cpu;
1192
1193         cpu_notifier_register_begin();
1194
1195         for_each_online_cpu(cpu)
1196                 zs_cpu_notifier(NULL, CPU_DEAD, (void *)(long)cpu);
1197         __unregister_cpu_notifier(&zs_cpu_nb);
1198
1199         cpu_notifier_register_done();
1200 }
1201
1202 static void init_zs_size_classes(void)
1203 {
1204         int nr;
1205
1206         nr = (ZS_MAX_ALLOC_SIZE - ZS_MIN_ALLOC_SIZE) / ZS_SIZE_CLASS_DELTA + 1;
1207         if ((ZS_MAX_ALLOC_SIZE - ZS_MIN_ALLOC_SIZE) % ZS_SIZE_CLASS_DELTA)
1208                 nr += 1;
1209
1210         zs_size_classes = nr;
1211 }
1212
1213 static bool can_merge(struct size_class *prev, int size, int pages_per_zspage)
1214 {
1215         if (prev->pages_per_zspage != pages_per_zspage)
1216                 return false;
1217
1218         if (get_maxobj_per_zspage(prev->size, prev->pages_per_zspage)
1219                 != get_maxobj_per_zspage(size, pages_per_zspage))
1220                 return false;
1221
1222         return true;
1223 }
1224
1225 static bool zspage_full(struct page *page)
1226 {
1227         BUG_ON(!is_first_page(page));
1228
1229         return page->inuse == page->objects;
1230 }
1231
1232 unsigned long zs_get_total_pages(struct zs_pool *pool)
1233 {
1234         return atomic_long_read(&pool->pages_allocated);
1235 }
1236 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_get_total_pages);
1237
1238 /**
1239  * zs_map_object - get address of allocated object from handle.
1240  * @pool: pool from which the object was allocated
1241  * @handle: handle returned from zs_malloc
1242  *
1243  * Before using an object allocated from zs_malloc, it must be mapped using
1244  * this function. When done with the object, it must be unmapped using
1245  * zs_unmap_object.
1246  *
1247  * Only one object can be mapped per cpu at a time. There is no protection
1248  * against nested mappings.
1249  *
1250  * This function returns with preemption and page faults disabled.
1251  */
1252 void *zs_map_object(struct zs_pool *pool, unsigned long handle,
1253                         enum zs_mapmode mm)
1254 {
1255         struct page *page;
1256         unsigned long obj, obj_idx, off;
1257
1258         unsigned int class_idx;
1259         enum fullness_group fg;
1260         struct size_class *class;
1261         struct mapping_area *area;
1262         struct page *pages[2];
1263         void *ret;
1264
1265         BUG_ON(!handle);
1266
1267         /*
1268          * Because we use per-cpu mapping areas shared among the
1269          * pools/users, we can't allow mapping in interrupt context
1270          * because it can corrupt another users mappings.
1271          */
1272         BUG_ON(in_interrupt());
1273
1274         /* From now on, migration cannot move the object */
1275         pin_tag(handle);
1276
1277         obj = handle_to_obj(handle);
1278         obj_to_location(obj, &page, &obj_idx);
1279         get_zspage_mapping(get_first_page(page), &class_idx, &fg);
1280         class = pool->size_class[class_idx];
1281         off = obj_idx_to_offset(page, obj_idx, class->size);
1282
1283         area = &get_cpu_var(zs_map_area);
1284         area->vm_mm = mm;
1285         if (off + class->size <= PAGE_SIZE) {
1286                 /* this object is contained entirely within a page */
1287                 area->vm_addr = kmap_atomic(page);
1288                 ret = area->vm_addr + off;
1289                 goto out;
1290         }
1291
1292         /* this object spans two pages */
1293         pages[0] = page;
1294         pages[1] = get_next_page(page);
1295         BUG_ON(!pages[1]);
1296
1297         ret = __zs_map_object(area, pages, off, class->size);
1298 out:
1299         if (!class->huge)
1300                 ret += ZS_HANDLE_SIZE;
1301
1302         return ret;
1303 }
1304 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_map_object);
1305
1306 void zs_unmap_object(struct zs_pool *pool, unsigned long handle)
1307 {
1308         struct page *page;
1309         unsigned long obj, obj_idx, off;
1310
1311         unsigned int class_idx;
1312         enum fullness_group fg;
1313         struct size_class *class;
1314         struct mapping_area *area;
1315
1316         BUG_ON(!handle);
1317
1318         obj = handle_to_obj(handle);
1319         obj_to_location(obj, &page, &obj_idx);
1320         get_zspage_mapping(get_first_page(page), &class_idx, &fg);
1321         class = pool->size_class[class_idx];
1322         off = obj_idx_to_offset(page, obj_idx, class->size);
1323
1324         area = this_cpu_ptr(&zs_map_area);
1325         if (off + class->size <= PAGE_SIZE)
1326                 kunmap_atomic(area->vm_addr);
1327         else {
1328                 struct page *pages[2];
1329
1330                 pages[0] = page;
1331                 pages[1] = get_next_page(page);
1332                 BUG_ON(!pages[1]);
1333
1334                 __zs_unmap_object(area, pages, off, class->size);
1335         }
1336         put_cpu_var(zs_map_area);
1337         unpin_tag(handle);
1338 }
1339 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_unmap_object);
1340
1341 static unsigned long obj_malloc(struct page *first_page,
1342                 struct size_class *class, unsigned long handle)
1343 {
1344         unsigned long obj;
1345         struct link_free *link;
1346
1347         struct page *m_page;
1348         unsigned long m_objidx, m_offset;
1349         void *vaddr;
1350
1351         handle |= OBJ_ALLOCATED_TAG;
1352         obj = (unsigned long)first_page->freelist;
1353         obj_to_location(obj, &m_page, &m_objidx);
1354         m_offset = obj_idx_to_offset(m_page, m_objidx, class->size);
1355
1356         vaddr = kmap_atomic(m_page);
1357         link = (struct link_free *)vaddr + m_offset / sizeof(*link);
1358         first_page->freelist = link->next;
1359         if (!class->huge)
1360                 /* record handle in the header of allocated chunk */
1361                 link->handle = handle;
1362         else
1363                 /* record handle in first_page->private */
1364                 set_page_private(first_page, handle);
1365         kunmap_atomic(vaddr);
1366         first_page->inuse++;
1367         zs_stat_inc(class, OBJ_USED, 1);
1368
1369         return obj;
1370 }
1371
1372
1373 /**
1374  * zs_malloc - Allocate block of given size from pool.
1375  * @pool: pool to allocate from
1376  * @size: size of block to allocate
1377  *
1378  * On success, handle to the allocated object is returned,
1379  * otherwise 0.
1380  * Allocation requests with size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE will fail.
1381  */
1382 unsigned long zs_malloc(struct zs_pool *pool, size_t size)
1383 {
1384         unsigned long handle, obj;
1385         struct size_class *class;
1386         struct page *first_page;
1387
1388         if (unlikely(!size || size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE))
1389                 return 0;
1390
1391         handle = alloc_handle(pool);
1392         if (!handle)
1393                 return 0;
1394
1395         /* extra space in chunk to keep the handle */
1396         size += ZS_HANDLE_SIZE;
1397         class = pool->size_class[get_size_class_index(size)];
1398
1399         spin_lock(&class->lock);
1400         first_page = find_get_zspage(class);
1401
1402         if (!first_page) {
1403                 spin_unlock(&class->lock);
1404                 first_page = alloc_zspage(class, pool->flags);
1405                 if (unlikely(!first_page)) {
1406                         free_handle(pool, handle);
1407                         return 0;
1408                 }
1409
1410                 set_zspage_mapping(first_page, class->index, ZS_EMPTY);
1411                 atomic_long_add(class->pages_per_zspage,
1412                                         &pool->pages_allocated);
1413
1414                 spin_lock(&class->lock);
1415                 zs_stat_inc(class, OBJ_ALLOCATED, get_maxobj_per_zspage(
1416                                 class->size, class->pages_per_zspage));
1417         }
1418
1419         obj = obj_malloc(first_page, class, handle);
1420         /* Now move the zspage to another fullness group, if required */
1421         fix_fullness_group(class, first_page);
1422         record_obj(handle, obj);
1423         spin_unlock(&class->lock);
1424
1425         return handle;
1426 }
1427 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_malloc);
1428
1429 static void obj_free(struct zs_pool *pool, struct size_class *class,
1430                         unsigned long obj)
1431 {
1432         struct link_free *link;
1433         struct page *first_page, *f_page;
1434         unsigned long f_objidx, f_offset;
1435         void *vaddr;
1436         int class_idx;
1437         enum fullness_group fullness;
1438
1439         BUG_ON(!obj);
1440
1441         obj &= ~OBJ_ALLOCATED_TAG;
1442         obj_to_location(obj, &f_page, &f_objidx);
1443         first_page = get_first_page(f_page);
1444
1445         get_zspage_mapping(first_page, &class_idx, &fullness);
1446         f_offset = obj_idx_to_offset(f_page, f_objidx, class->size);
1447
1448         vaddr = kmap_atomic(f_page);
1449
1450         /* Insert this object in containing zspage's freelist */
1451         link = (struct link_free *)(vaddr + f_offset);
1452         link->next = first_page->freelist;
1453         if (class->huge)
1454                 set_page_private(first_page, 0);
1455         kunmap_atomic(vaddr);
1456         first_page->freelist = (void *)obj;
1457         first_page->inuse--;
1458         zs_stat_dec(class, OBJ_USED, 1);
1459 }
1460
1461 void zs_free(struct zs_pool *pool, unsigned long handle)
1462 {
1463         struct page *first_page, *f_page;
1464         unsigned long obj, f_objidx;
1465         int class_idx;
1466         struct size_class *class;
1467         enum fullness_group fullness;
1468
1469         if (unlikely(!handle))
1470                 return;
1471
1472         pin_tag(handle);
1473         obj = handle_to_obj(handle);
1474         obj_to_location(obj, &f_page, &f_objidx);
1475         first_page = get_first_page(f_page);
1476
1477         get_zspage_mapping(first_page, &class_idx, &fullness);
1478         class = pool->size_class[class_idx];
1479
1480         spin_lock(&class->lock);
1481         obj_free(pool, class, obj);
1482         fullness = fix_fullness_group(class, first_page);
1483         if (fullness == ZS_EMPTY) {
1484                 zs_stat_dec(class, OBJ_ALLOCATED, get_maxobj_per_zspage(
1485                                 class->size, class->pages_per_zspage));
1486                 atomic_long_sub(class->pages_per_zspage,
1487                                 &pool->pages_allocated);
1488                 free_zspage(first_page);
1489         }
1490         spin_unlock(&class->lock);
1491         unpin_tag(handle);
1492
1493         free_handle(pool, handle);
1494 }
1495 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_free);
1496
1497 static void zs_object_copy(unsigned long src, unsigned long dst,
1498                                 struct size_class *class)
1499 {
1500         struct page *s_page, *d_page;
1501         unsigned long s_objidx, d_objidx;
1502         unsigned long s_off, d_off;
1503         void *s_addr, *d_addr;
1504         int s_size, d_size, size;
1505         int written = 0;
1506
1507         s_size = d_size = class->size;
1508
1509         obj_to_location(src, &s_page, &s_objidx);
1510         obj_to_location(dst, &d_page, &d_objidx);
1511
1512         s_off = obj_idx_to_offset(s_page, s_objidx, class->size);
1513         d_off = obj_idx_to_offset(d_page, d_objidx, class->size);
1514
1515         if (s_off + class->size > PAGE_SIZE)
1516                 s_size = PAGE_SIZE - s_off;
1517
1518         if (d_off + class->size > PAGE_SIZE)
1519                 d_size = PAGE_SIZE - d_off;
1520
1521         s_addr = kmap_atomic(s_page);
1522         d_addr = kmap_atomic(d_page);
1523
1524         while (1) {
1525                 size = min(s_size, d_size);
1526                 memcpy(d_addr + d_off, s_addr + s_off, size);
1527                 written += size;
1528
1529                 if (written == class->size)
1530                         break;
1531
1532                 s_off += size;
1533                 s_size -= size;
1534                 d_off += size;
1535                 d_size -= size;
1536
1537                 if (s_off >= PAGE_SIZE) {
1538                         kunmap_atomic(d_addr);
1539                         kunmap_atomic(s_addr);
1540                         s_page = get_next_page(s_page);
1541                         BUG_ON(!s_page);
1542                         s_addr = kmap_atomic(s_page);
1543                         d_addr = kmap_atomic(d_page);
1544                         s_size = class->size - written;
1545                         s_off = 0;
1546                 }
1547
1548                 if (d_off >= PAGE_SIZE) {
1549                         kunmap_atomic(d_addr);
1550                         d_page = get_next_page(d_page);
1551                         BUG_ON(!d_page);
1552                         d_addr = kmap_atomic(d_page);
1553                         d_size = class->size - written;
1554                         d_off = 0;
1555                 }
1556         }
1557
1558         kunmap_atomic(d_addr);
1559         kunmap_atomic(s_addr);
1560 }
1561
1562 /*
1563  * Find alloced object in zspage from index object and
1564  * return handle.
1565  */
1566 static unsigned long find_alloced_obj(struct page *page, int index,
1567                                         struct size_class *class)
1568 {
1569         unsigned long head;
1570         int offset = 0;
1571         unsigned long handle = 0;
1572         void *addr = kmap_atomic(page);
1573
1574         if (!is_first_page(page))
1575                 offset = page->index;
1576         offset += class->size * index;
1577
1578         while (offset < PAGE_SIZE) {
1579                 head = obj_to_head(class, page, addr + offset);
1580                 if (head & OBJ_ALLOCATED_TAG) {
1581                         handle = head & ~OBJ_ALLOCATED_TAG;
1582                         if (trypin_tag(handle))
1583                                 break;
1584                         handle = 0;
1585                 }
1586
1587                 offset += class->size;
1588                 index++;
1589         }
1590
1591         kunmap_atomic(addr);
1592         return handle;
1593 }
1594
1595 struct zs_compact_control {
1596         /* Source page for migration which could be a subpage of zspage. */
1597         struct page *s_page;
1598         /* Destination page for migration which should be a first page
1599          * of zspage. */
1600         struct page *d_page;
1601          /* Starting object index within @s_page which used for live object
1602           * in the subpage. */
1603         int index;
1604         /* how many of objects are migrated */
1605         int nr_migrated;
1606 };
1607
1608 static int migrate_zspage(struct zs_pool *pool, struct size_class *class,
1609                                 struct zs_compact_control *cc)
1610 {
1611         unsigned long used_obj, free_obj;
1612         unsigned long handle;
1613         struct page *s_page = cc->s_page;
1614         struct page *d_page = cc->d_page;
1615         unsigned long index = cc->index;
1616         int nr_migrated = 0;
1617         int ret = 0;
1618
1619         while (1) {
1620                 handle = find_alloced_obj(s_page, index, class);
1621                 if (!handle) {
1622                         s_page = get_next_page(s_page);
1623                         if (!s_page)
1624                                 break;
1625                         index = 0;
1626                         continue;
1627                 }
1628
1629                 /* Stop if there is no more space */
1630                 if (zspage_full(d_page)) {
1631                         unpin_tag(handle);
1632                         ret = -ENOMEM;
1633                         break;
1634                 }
1635
1636                 used_obj = handle_to_obj(handle);
1637                 free_obj = obj_malloc(d_page, class, handle);
1638                 zs_object_copy(used_obj, free_obj, class);
1639                 index++;
1640                 record_obj(handle, free_obj);
1641                 unpin_tag(handle);
1642                 obj_free(pool, class, used_obj);
1643                 nr_migrated++;
1644         }
1645
1646         /* Remember last position in this iteration */
1647         cc->s_page = s_page;
1648         cc->index = index;
1649         cc->nr_migrated = nr_migrated;
1650
1651         return ret;
1652 }
1653
1654 static struct page *alloc_target_page(struct size_class *class)
1655 {
1656         int i;
1657         struct page *page;
1658
1659         for (i = 0; i < _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS; i++) {
1660                 page = class->fullness_list[i];
1661                 if (page) {
1662                         remove_zspage(page, class, i);
1663                         break;
1664                 }
1665         }
1666
1667         return page;
1668 }
1669
1670 static void putback_zspage(struct zs_pool *pool, struct size_class *class,
1671                                 struct page *first_page)
1672 {
1673         enum fullness_group fullness;
1674
1675         BUG_ON(!is_first_page(first_page));
1676
1677         fullness = get_fullness_group(first_page);
1678         insert_zspage(first_page, class, fullness);
1679         set_zspage_mapping(first_page, class->index, fullness);
1680
1681         if (fullness == ZS_EMPTY) {
1682                 zs_stat_dec(class, OBJ_ALLOCATED, get_maxobj_per_zspage(
1683                         class->size, class->pages_per_zspage));
1684                 atomic_long_sub(class->pages_per_zspage,
1685                                 &pool->pages_allocated);
1686
1687                 free_zspage(first_page);
1688         }
1689 }
1690
1691 static struct page *isolate_source_page(struct size_class *class)
1692 {
1693         struct page *page;
1694
1695         page = class->fullness_list[ZS_ALMOST_EMPTY];
1696         if (page)
1697                 remove_zspage(page, class, ZS_ALMOST_EMPTY);
1698
1699         return page;
1700 }
1701
1702 static unsigned long __zs_compact(struct zs_pool *pool,
1703                                 struct size_class *class)
1704 {
1705         int nr_to_migrate;
1706         struct zs_compact_control cc;
1707         struct page *src_page;
1708         struct page *dst_page = NULL;
1709         unsigned long nr_total_migrated = 0;
1710
1711         spin_lock(&class->lock);
1712         while ((src_page = isolate_source_page(class))) {
1713
1714                 BUG_ON(!is_first_page(src_page));
1715
1716                 /* The goal is to migrate all live objects in source page */
1717                 nr_to_migrate = src_page->inuse;
1718                 cc.index = 0;
1719                 cc.s_page = src_page;
1720
1721                 while ((dst_page = alloc_target_page(class))) {
1722                         cc.d_page = dst_page;
1723                         /*
1724                          * If there is no more space in dst_page, try to
1725                          * allocate another zspage.
1726                          */
1727                         if (!migrate_zspage(pool, class, &cc))
1728                                 break;
1729
1730                         putback_zspage(pool, class, dst_page);
1731                         nr_total_migrated += cc.nr_migrated;
1732                         nr_to_migrate -= cc.nr_migrated;
1733                 }
1734
1735                 /* Stop if we couldn't find slot */
1736                 if (dst_page == NULL)
1737                         break;
1738
1739                 putback_zspage(pool, class, dst_page);
1740                 putback_zspage(pool, class, src_page);
1741                 spin_unlock(&class->lock);
1742                 nr_total_migrated += cc.nr_migrated;
1743                 cond_resched();
1744                 spin_lock(&class->lock);
1745         }
1746
1747         if (src_page)
1748                 putback_zspage(pool, class, src_page);
1749
1750         spin_unlock(&class->lock);
1751
1752         return nr_total_migrated;
1753 }
1754
1755 unsigned long zs_compact(struct zs_pool *pool)
1756 {
1757         int i;
1758         unsigned long nr_migrated = 0;
1759         struct size_class *class;
1760
1761         for (i = zs_size_classes - 1; i >= 0; i--) {
1762                 class = pool->size_class[i];
1763                 if (!class)
1764                         continue;
1765                 if (class->index != i)
1766                         continue;
1767                 nr_migrated += __zs_compact(pool, class);
1768         }
1769
1770         return nr_migrated;
1771 }
1772 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_compact);
1773
1774 /**
1775  * zs_create_pool - Creates an allocation pool to work from.
1776  * @flags: allocation flags used to allocate pool metadata
1777  *
1778  * This function must be called before anything when using
1779  * the zsmalloc allocator.
1780  *
1781  * On success, a pointer to the newly created pool is returned,
1782  * otherwise NULL.
1783  */
1784 struct zs_pool *zs_create_pool(char *name, gfp_t flags)
1785 {
1786         int i;
1787         struct zs_pool *pool;
1788         struct size_class *prev_class = NULL;
1789
1790         pool = kzalloc(sizeof(*pool), GFP_KERNEL);
1791         if (!pool)
1792                 return NULL;
1793
1794         pool->size_class = kcalloc(zs_size_classes, sizeof(struct size_class *),
1795                         GFP_KERNEL);
1796         if (!pool->size_class) {
1797                 kfree(pool);
1798                 return NULL;
1799         }
1800
1801         pool->name = kstrdup(name, GFP_KERNEL);
1802         if (!pool->name)
1803                 goto err;
1804
1805         if (create_handle_cache(pool))
1806                 goto err;
1807
1808         /*
1809          * Iterate reversly, because, size of size_class that we want to use
1810          * for merging should be larger or equal to current size.
1811          */
1812         for (i = zs_size_classes - 1; i >= 0; i--) {
1813                 int size;
1814                 int pages_per_zspage;
1815                 struct size_class *class;
1816
1817                 size = ZS_MIN_ALLOC_SIZE + i * ZS_SIZE_CLASS_DELTA;
1818                 if (size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE)
1819                         size = ZS_MAX_ALLOC_SIZE;
1820                 pages_per_zspage = get_pages_per_zspage(size);
1821
1822                 /*
1823                  * size_class is used for normal zsmalloc operation such
1824                  * as alloc/free for that size. Although it is natural that we
1825                  * have one size_class for each size, there is a chance that we
1826                  * can get more memory utilization if we use one size_class for
1827                  * many different sizes whose size_class have same
1828                  * characteristics. So, we makes size_class point to
1829                  * previous size_class if possible.
1830                  */
1831                 if (prev_class) {
1832                         if (can_merge(prev_class, size, pages_per_zspage)) {
1833                                 pool->size_class[i] = prev_class;
1834                                 continue;
1835                         }
1836                 }
1837
1838                 class = kzalloc(sizeof(struct size_class), GFP_KERNEL);
1839                 if (!class)
1840                         goto err;
1841
1842                 class->size = size;
1843                 class->index = i;
1844                 class->pages_per_zspage = pages_per_zspage;
1845                 if (pages_per_zspage == 1 &&
1846                         get_maxobj_per_zspage(size, pages_per_zspage) == 1)
1847                         class->huge = true;
1848                 spin_lock_init(&class->lock);
1849                 pool->size_class[i] = class;
1850
1851                 prev_class = class;
1852         }
1853
1854         pool->flags = flags;
1855
1856         if (zs_pool_stat_create(name, pool))
1857                 goto err;
1858
1859         return pool;
1860
1861 err:
1862         zs_destroy_pool(pool);
1863         return NULL;
1864 }
1865 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_create_pool);
1866
1867 void zs_destroy_pool(struct zs_pool *pool)
1868 {
1869         int i;
1870
1871         zs_pool_stat_destroy(pool);
1872
1873         for (i = 0; i < zs_size_classes; i++) {
1874                 int fg;
1875                 struct size_class *class = pool->size_class[i];
1876
1877                 if (!class)
1878                         continue;
1879
1880                 if (class->index != i)
1881                         continue;
1882
1883                 for (fg = 0; fg < _ZS_NR_FULLNESS_GROUPS; fg++) {
1884                         if (class->fullness_list[fg]) {
1885                                 pr_info("Freeing non-empty class with size %db, fullness group %d\n",
1886                                         class->size, fg);
1887                         }
1888                 }
1889                 kfree(class);
1890         }
1891
1892         destroy_handle_cache(pool);
1893         kfree(pool->size_class);
1894         kfree(pool->name);
1895         kfree(pool);
1896 }
1897 EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_destroy_pool);
1898
1899 static int __init zs_init(void)
1900 {
1901         int ret = zs_register_cpu_notifier();
1902
1903         if (ret)
1904                 goto notifier_fail;
1905
1906         init_zs_size_classes();
1907
1908 #ifdef CONFIG_ZPOOL
1909         zpool_register_driver(&zs_zpool_driver);
1910 #endif
1911
1912         ret = zs_stat_init();
1913         if (ret) {
1914                 pr_err("zs stat initialization failed\n");
1915                 goto stat_fail;
1916         }
1917         return 0;
1918
1919 stat_fail:
1920 #ifdef CONFIG_ZPOOL
1921         zpool_unregister_driver(&zs_zpool_driver);
1922 #endif
1923 notifier_fail:
1924         zs_unregister_cpu_notifier();
1925
1926         return ret;
1927 }
1928
1929 static void __exit zs_exit(void)
1930 {
1931 #ifdef CONFIG_ZPOOL
1932         zpool_unregister_driver(&zs_zpool_driver);
1933 #endif
1934         zs_unregister_cpu_notifier();
1935
1936         zs_stat_exit();
1937 }
1938
1939 module_init(zs_init);
1940 module_exit(zs_exit);
1941
1942 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
1943 MODULE_AUTHOR("Nitin Gupta <ngupta@vflare.org>");