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