[PATCH] slab: introduce kmem_cache_zalloc allocator
[linux-2.6.git] / mm / slob.c
1 /*
2  * SLOB Allocator: Simple List Of Blocks
3  *
4  * Matt Mackall <mpm@selenic.com> 12/30/03
5  *
6  * How SLOB works:
7  *
8  * The core of SLOB is a traditional K&R style heap allocator, with
9  * support for returning aligned objects. The granularity of this
10  * allocator is 8 bytes on x86, though it's perhaps possible to reduce
11  * this to 4 if it's deemed worth the effort. The slob heap is a
12  * singly-linked list of pages from __get_free_page, grown on demand
13  * and allocation from the heap is currently first-fit.
14  *
15  * Above this is an implementation of kmalloc/kfree. Blocks returned
16  * from kmalloc are 8-byte aligned and prepended with a 8-byte header.
17  * If kmalloc is asked for objects of PAGE_SIZE or larger, it calls
18  * __get_free_pages directly so that it can return page-aligned blocks
19  * and keeps a linked list of such pages and their orders. These
20  * objects are detected in kfree() by their page alignment.
21  *
22  * SLAB is emulated on top of SLOB by simply calling constructors and
23  * destructors for every SLAB allocation. Objects are returned with
24  * the 8-byte alignment unless the SLAB_MUST_HWCACHE_ALIGN flag is
25  * set, in which case the low-level allocator will fragment blocks to
26  * create the proper alignment. Again, objects of page-size or greater
27  * are allocated by calling __get_free_pages. As SLAB objects know
28  * their size, no separate size bookkeeping is necessary and there is
29  * essentially no allocation space overhead.
30  */
31
32 #include <linux/config.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/mm.h>
35 #include <linux/cache.h>
36 #include <linux/init.h>
37 #include <linux/module.h>
38 #include <linux/timer.h>
39
40 struct slob_block {
41         int units;
42         struct slob_block *next;
43 };
44 typedef struct slob_block slob_t;
45
46 #define SLOB_UNIT sizeof(slob_t)
47 #define SLOB_UNITS(size) (((size) + SLOB_UNIT - 1)/SLOB_UNIT)
48 #define SLOB_ALIGN L1_CACHE_BYTES
49
50 struct bigblock {
51         int order;
52         void *pages;
53         struct bigblock *next;
54 };
55 typedef struct bigblock bigblock_t;
56
57 static slob_t arena = { .next = &arena, .units = 1 };
58 static slob_t *slobfree = &arena;
59 static bigblock_t *bigblocks;
60 static DEFINE_SPINLOCK(slob_lock);
61 static DEFINE_SPINLOCK(block_lock);
62
63 static void slob_free(void *b, int size);
64
65 static void *slob_alloc(size_t size, gfp_t gfp, int align)
66 {
67         slob_t *prev, *cur, *aligned = 0;
68         int delta = 0, units = SLOB_UNITS(size);
69         unsigned long flags;
70
71         spin_lock_irqsave(&slob_lock, flags);
72         prev = slobfree;
73         for (cur = prev->next; ; prev = cur, cur = cur->next) {
74                 if (align) {
75                         aligned = (slob_t *)ALIGN((unsigned long)cur, align);
76                         delta = aligned - cur;
77                 }
78                 if (cur->units >= units + delta) { /* room enough? */
79                         if (delta) { /* need to fragment head to align? */
80                                 aligned->units = cur->units - delta;
81                                 aligned->next = cur->next;
82                                 cur->next = aligned;
83                                 cur->units = delta;
84                                 prev = cur;
85                                 cur = aligned;
86                         }
87
88                         if (cur->units == units) /* exact fit? */
89                                 prev->next = cur->next; /* unlink */
90                         else { /* fragment */
91                                 prev->next = cur + units;
92                                 prev->next->units = cur->units - units;
93                                 prev->next->next = cur->next;
94                                 cur->units = units;
95                         }
96
97                         slobfree = prev;
98                         spin_unlock_irqrestore(&slob_lock, flags);
99                         return cur;
100                 }
101                 if (cur == slobfree) {
102                         spin_unlock_irqrestore(&slob_lock, flags);
103
104                         if (size == PAGE_SIZE) /* trying to shrink arena? */
105                                 return 0;
106
107                         cur = (slob_t *)__get_free_page(gfp);
108                         if (!cur)
109                                 return 0;
110
111                         slob_free(cur, PAGE_SIZE);
112                         spin_lock_irqsave(&slob_lock, flags);
113                         cur = slobfree;
114                 }
115         }
116 }
117
118 static void slob_free(void *block, int size)
119 {
120         slob_t *cur, *b = (slob_t *)block;
121         unsigned long flags;
122
123         if (!block)
124                 return;
125
126         if (size)
127                 b->units = SLOB_UNITS(size);
128
129         /* Find reinsertion point */
130         spin_lock_irqsave(&slob_lock, flags);
131         for (cur = slobfree; !(b > cur && b < cur->next); cur = cur->next)
132                 if (cur >= cur->next && (b > cur || b < cur->next))
133                         break;
134
135         if (b + b->units == cur->next) {
136                 b->units += cur->next->units;
137                 b->next = cur->next->next;
138         } else
139                 b->next = cur->next;
140
141         if (cur + cur->units == b) {
142                 cur->units += b->units;
143                 cur->next = b->next;
144         } else
145                 cur->next = b;
146
147         slobfree = cur;
148
149         spin_unlock_irqrestore(&slob_lock, flags);
150 }
151
152 static int FASTCALL(find_order(int size));
153 static int fastcall find_order(int size)
154 {
155         int order = 0;
156         for ( ; size > 4096 ; size >>=1)
157                 order++;
158         return order;
159 }
160
161 void *kmalloc(size_t size, gfp_t gfp)
162 {
163         slob_t *m;
164         bigblock_t *bb;
165         unsigned long flags;
166
167         if (size < PAGE_SIZE - SLOB_UNIT) {
168                 m = slob_alloc(size + SLOB_UNIT, gfp, 0);
169                 return m ? (void *)(m + 1) : 0;
170         }
171
172         bb = slob_alloc(sizeof(bigblock_t), gfp, 0);
173         if (!bb)
174                 return 0;
175
176         bb->order = find_order(size);
177         bb->pages = (void *)__get_free_pages(gfp, bb->order);
178
179         if (bb->pages) {
180                 spin_lock_irqsave(&block_lock, flags);
181                 bb->next = bigblocks;
182                 bigblocks = bb;
183                 spin_unlock_irqrestore(&block_lock, flags);
184                 return bb->pages;
185         }
186
187         slob_free(bb, sizeof(bigblock_t));
188         return 0;
189 }
190
191 EXPORT_SYMBOL(kmalloc);
192
193 void kfree(const void *block)
194 {
195         bigblock_t *bb, **last = &bigblocks;
196         unsigned long flags;
197
198         if (!block)
199                 return;
200
201         if (!((unsigned long)block & (PAGE_SIZE-1))) {
202                 /* might be on the big block list */
203                 spin_lock_irqsave(&block_lock, flags);
204                 for (bb = bigblocks; bb; last = &bb->next, bb = bb->next) {
205                         if (bb->pages == block) {
206                                 *last = bb->next;
207                                 spin_unlock_irqrestore(&block_lock, flags);
208                                 free_pages((unsigned long)block, bb->order);
209                                 slob_free(bb, sizeof(bigblock_t));
210                                 return;
211                         }
212                 }
213                 spin_unlock_irqrestore(&block_lock, flags);
214         }
215
216         slob_free((slob_t *)block - 1, 0);
217         return;
218 }
219
220 EXPORT_SYMBOL(kfree);
221
222 unsigned int ksize(const void *block)
223 {
224         bigblock_t *bb;
225         unsigned long flags;
226
227         if (!block)
228                 return 0;
229
230         if (!((unsigned long)block & (PAGE_SIZE-1))) {
231                 spin_lock_irqsave(&block_lock, flags);
232                 for (bb = bigblocks; bb; bb = bb->next)
233                         if (bb->pages == block) {
234                                 spin_unlock_irqrestore(&slob_lock, flags);
235                                 return PAGE_SIZE << bb->order;
236                         }
237                 spin_unlock_irqrestore(&block_lock, flags);
238         }
239
240         return ((slob_t *)block - 1)->units * SLOB_UNIT;
241 }
242
243 struct kmem_cache {
244         unsigned int size, align;
245         const char *name;
246         void (*ctor)(void *, struct kmem_cache *, unsigned long);
247         void (*dtor)(void *, struct kmem_cache *, unsigned long);
248 };
249
250 struct kmem_cache *kmem_cache_create(const char *name, size_t size,
251         size_t align, unsigned long flags,
252         void (*ctor)(void*, struct kmem_cache *, unsigned long),
253         void (*dtor)(void*, struct kmem_cache *, unsigned long))
254 {
255         struct kmem_cache *c;
256
257         c = slob_alloc(sizeof(struct kmem_cache), flags, 0);
258
259         if (c) {
260                 c->name = name;
261                 c->size = size;
262                 c->ctor = ctor;
263                 c->dtor = dtor;
264                 /* ignore alignment unless it's forced */
265                 c->align = (flags & SLAB_MUST_HWCACHE_ALIGN) ? SLOB_ALIGN : 0;
266                 if (c->align < align)
267                         c->align = align;
268         }
269
270         return c;
271 }
272 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_create);
273
274 int kmem_cache_destroy(struct kmem_cache *c)
275 {
276         slob_free(c, sizeof(struct kmem_cache));
277         return 0;
278 }
279 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_destroy);
280
281 void *kmem_cache_alloc(struct kmem_cache *c, gfp_t flags)
282 {
283         void *b;
284
285         if (c->size < PAGE_SIZE)
286                 b = slob_alloc(c->size, flags, c->align);
287         else
288                 b = (void *)__get_free_pages(flags, find_order(c->size));
289
290         if (c->ctor)
291                 c->ctor(b, c, SLAB_CTOR_CONSTRUCTOR);
292
293         return b;
294 }
295 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_alloc);
296
297 void *kmem_cache_zalloc(struct kmem_cache *c, gfp_t flags)
298 {
299         void *ret = kmem_cache_alloc(c, flags);
300         if (ret)
301                 memset(ret, 0, c->size);
302
303         return ret;
304 }
305 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_zalloc);
306
307 void kmem_cache_free(struct kmem_cache *c, void *b)
308 {
309         if (c->dtor)
310                 c->dtor(b, c, 0);
311
312         if (c->size < PAGE_SIZE)
313                 slob_free(b, c->size);
314         else
315                 free_pages((unsigned long)b, find_order(c->size));
316 }
317 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_free);
318
319 unsigned int kmem_cache_size(struct kmem_cache *c)
320 {
321         return c->size;
322 }
323 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_size);
324
325 const char *kmem_cache_name(struct kmem_cache *c)
326 {
327         return c->name;
328 }
329 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_name);
330
331 static struct timer_list slob_timer = TIMER_INITIALIZER(
332         (void (*)(unsigned long))kmem_cache_init, 0, 0);
333
334 void kmem_cache_init(void)
335 {
336         void *p = slob_alloc(PAGE_SIZE, 0, PAGE_SIZE-1);
337
338         if (p)
339                 free_page((unsigned long)p);
340
341         mod_timer(&slob_timer, jiffies + HZ);
342 }
343
344 atomic_t slab_reclaim_pages = ATOMIC_INIT(0);
345 EXPORT_SYMBOL(slab_reclaim_pages);
346
347 #ifdef CONFIG_SMP
348
349 void *__alloc_percpu(size_t size)
350 {
351         int i;
352         struct percpu_data *pdata = kmalloc(sizeof (*pdata), GFP_KERNEL);
353
354         if (!pdata)
355                 return NULL;
356
357         for (i = 0; i < NR_CPUS; i++) {
358                 if (!cpu_possible(i))
359                         continue;
360                 pdata->ptrs[i] = kmalloc(size, GFP_KERNEL);
361                 if (!pdata->ptrs[i])
362                         goto unwind_oom;
363                 memset(pdata->ptrs[i], 0, size);
364         }
365
366         /* Catch derefs w/o wrappers */
367         return (void *) (~(unsigned long) pdata);
368
369 unwind_oom:
370         while (--i >= 0) {
371                 if (!cpu_possible(i))
372                         continue;
373                 kfree(pdata->ptrs[i]);
374         }
375         kfree(pdata);
376         return NULL;
377 }
378 EXPORT_SYMBOL(__alloc_percpu);
379
380 void
381 free_percpu(const void *objp)
382 {
383         int i;
384         struct percpu_data *p = (struct percpu_data *) (~(unsigned long) objp);
385
386         for (i = 0; i < NR_CPUS; i++) {
387                 if (!cpu_possible(i))
388                         continue;
389                 kfree(p->ptrs[i]);
390         }
391         kfree(p);
392 }
393 EXPORT_SYMBOL(free_percpu);
394
395 #endif