854b57bd7d9d346276fe83599f5cbd306c6e0fe4
[linux-3.10.git] / lib / flex_array.c
1 /*
2  * Flexible array managed in PAGE_SIZE parts
3  *
4  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
5  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
6  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
7  * (at your option) any later version.
8  *
9  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
12  * GNU General Public License for more details.
13  *
14  * You should have received a copy of the GNU General Public License
15  * along with this program; if not, write to the Free Software
16  * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA.
17  *
18  * Copyright IBM Corporation, 2009
19  *
20  * Author: Dave Hansen <dave@linux.vnet.ibm.com>
21  */
22
23 #include <linux/flex_array.h>
24 #include <linux/slab.h>
25 #include <linux/stddef.h>
26 #include <linux/module.h>
27
28 struct flex_array_part {
29         char elements[FLEX_ARRAY_PART_SIZE];
30 };
31
32 /*
33  * If a user requests an allocation which is small
34  * enough, we may simply use the space in the
35  * flex_array->parts[] array to store the user
36  * data.
37  */
38 static inline int elements_fit_in_base(struct flex_array *fa)
39 {
40         int data_size = fa->element_size * fa->total_nr_elements;
41         if (data_size <= FLEX_ARRAY_BASE_BYTES_LEFT)
42                 return 1;
43         return 0;
44 }
45
46 /**
47  * flex_array_alloc - allocate a new flexible array
48  * @element_size:       the size of individual elements in the array
49  * @total:              total number of elements that this should hold
50  * @flags:              page allocation flags to use for base array
51  *
52  * Note: all locking must be provided by the caller.
53  *
54  * @total is used to size internal structures.  If the user ever
55  * accesses any array indexes >=@total, it will produce errors.
56  *
57  * The maximum number of elements is defined as: the number of
58  * elements that can be stored in a page times the number of
59  * page pointers that we can fit in the base structure or (using
60  * integer math):
61  *
62  *      (PAGE_SIZE/element_size) * (PAGE_SIZE-8)/sizeof(void *)
63  *
64  * Here's a table showing example capacities.  Note that the maximum
65  * index that the get/put() functions is just nr_objects-1.   This
66  * basically means that you get 4MB of storage on 32-bit and 2MB on
67  * 64-bit.
68  *
69  *
70  * Element size | Objects | Objects |
71  * PAGE_SIZE=4k |  32-bit |  64-bit |
72  * ---------------------------------|
73  *      1 bytes | 4186112 | 2093056 |
74  *      2 bytes | 2093056 | 1046528 |
75  *      3 bytes | 1395030 |  697515 |
76  *      4 bytes | 1046528 |  523264 |
77  *     32 bytes |  130816 |   65408 |
78  *     33 bytes |  126728 |   63364 |
79  *   2048 bytes |    2044 |    1022 |
80  *   2049 bytes |    1022 |     511 |
81  *       void * | 1046528 |  261632 |
82  *
83  * Since 64-bit pointers are twice the size, we lose half the
84  * capacity in the base structure.  Also note that no effort is made
85  * to efficiently pack objects across page boundaries.
86  */
87 struct flex_array *flex_array_alloc(int element_size, unsigned int total,
88                                         gfp_t flags)
89 {
90         struct flex_array *ret;
91         int max_size = FLEX_ARRAY_NR_BASE_PTRS *
92                                 FLEX_ARRAY_ELEMENTS_PER_PART(element_size);
93
94         /* max_size will end up 0 if element_size > PAGE_SIZE */
95         if (total > max_size)
96                 return NULL;
97         ret = kzalloc(sizeof(struct flex_array), flags);
98         if (!ret)
99                 return NULL;
100         ret->element_size = element_size;
101         ret->total_nr_elements = total;
102         if (elements_fit_in_base(ret) && !(flags & __GFP_ZERO))
103                 memset(&ret->parts[0], FLEX_ARRAY_FREE,
104                                                 FLEX_ARRAY_BASE_BYTES_LEFT);
105         return ret;
106 }
107 EXPORT_SYMBOL(flex_array_alloc);
108
109 static int fa_element_to_part_nr(struct flex_array *fa,
110                                         unsigned int element_nr)
111 {
112         return element_nr / FLEX_ARRAY_ELEMENTS_PER_PART(fa->element_size);
113 }
114
115 /**
116  * flex_array_free_parts - just free the second-level pages
117  * @fa:         the flex array from which to free parts
118  *
119  * This is to be used in cases where the base 'struct flex_array'
120  * has been statically allocated and should not be free.
121  */
122 void flex_array_free_parts(struct flex_array *fa)
123 {
124         int part_nr;
125
126         if (elements_fit_in_base(fa))
127                 return;
128         for (part_nr = 0; part_nr < FLEX_ARRAY_NR_BASE_PTRS; part_nr++)
129                 kfree(fa->parts[part_nr]);
130 }
131 EXPORT_SYMBOL(flex_array_free_parts);
132
133 void flex_array_free(struct flex_array *fa)
134 {
135         flex_array_free_parts(fa);
136         kfree(fa);
137 }
138 EXPORT_SYMBOL(flex_array_free);
139
140 static unsigned int index_inside_part(struct flex_array *fa,
141                                         unsigned int element_nr)
142 {
143         unsigned int part_offset;
144
145         part_offset = element_nr %
146                                 FLEX_ARRAY_ELEMENTS_PER_PART(fa->element_size);
147         return part_offset * fa->element_size;
148 }
149
150 static struct flex_array_part *
151 __fa_get_part(struct flex_array *fa, int part_nr, gfp_t flags)
152 {
153         struct flex_array_part *part = fa->parts[part_nr];
154         if (!part) {
155                 part = kmalloc(sizeof(struct flex_array_part), flags);
156                 if (!part)
157                         return NULL;
158                 if (!(flags & __GFP_ZERO))
159                         memset(part, FLEX_ARRAY_FREE,
160                                 sizeof(struct flex_array_part));
161                 fa->parts[part_nr] = part;
162         }
163         return part;
164 }
165
166 /**
167  * flex_array_put - copy data into the array at @element_nr
168  * @fa:         the flex array to copy data into
169  * @element_nr: index of the position in which to insert
170  *              the new element.
171  * @src:        address of data to copy into the array
172  * @flags:      page allocation flags to use for array expansion
173  *
174  *
175  * Note that this *copies* the contents of @src into
176  * the array.  If you are trying to store an array of
177  * pointers, make sure to pass in &ptr instead of ptr.
178  * You may instead wish to use the flex_array_put_ptr()
179  * helper function.
180  *
181  * Locking must be provided by the caller.
182  */
183 int flex_array_put(struct flex_array *fa, unsigned int element_nr, void *src,
184                         gfp_t flags)
185 {
186         int part_nr = fa_element_to_part_nr(fa, element_nr);
187         struct flex_array_part *part;
188         void *dst;
189
190         if (element_nr >= fa->total_nr_elements)
191                 return -ENOSPC;
192         if (elements_fit_in_base(fa))
193                 part = (struct flex_array_part *)&fa->parts[0];
194         else {
195                 part = __fa_get_part(fa, part_nr, flags);
196                 if (!part)
197                         return -ENOMEM;
198         }
199         dst = &part->elements[index_inside_part(fa, element_nr)];
200         memcpy(dst, src, fa->element_size);
201         return 0;
202 }
203 EXPORT_SYMBOL(flex_array_put);
204
205 /**
206  * flex_array_clear - clear element in array at @element_nr
207  * @fa:         the flex array of the element.
208  * @element_nr: index of the position to clear.
209  *
210  * Locking must be provided by the caller.
211  */
212 int flex_array_clear(struct flex_array *fa, unsigned int element_nr)
213 {
214         int part_nr = fa_element_to_part_nr(fa, element_nr);
215         struct flex_array_part *part;
216         void *dst;
217
218         if (element_nr >= fa->total_nr_elements)
219                 return -ENOSPC;
220         if (elements_fit_in_base(fa))
221                 part = (struct flex_array_part *)&fa->parts[0];
222         else {
223                 part = fa->parts[part_nr];
224                 if (!part)
225                         return -EINVAL;
226         }
227         dst = &part->elements[index_inside_part(fa, element_nr)];
228         memset(dst, FLEX_ARRAY_FREE, fa->element_size);
229         return 0;
230 }
231 EXPORT_SYMBOL(flex_array_clear);
232
233 /**
234  * flex_array_prealloc - guarantee that array space exists
235  * @fa:                 the flex array for which to preallocate parts
236  * @start:              index of first array element for which space is allocated
237  * @nr_elements:        number of elements for which space is allocated
238  * @flags:              page allocation flags
239  *
240  * This will guarantee that no future calls to flex_array_put()
241  * will allocate memory.  It can be used if you are expecting to
242  * be holding a lock or in some atomic context while writing
243  * data into the array.
244  *
245  * Locking must be provided by the caller.
246  */
247 int flex_array_prealloc(struct flex_array *fa, unsigned int start,
248                         unsigned int nr_elements, gfp_t flags)
249 {
250         int start_part;
251         int end_part;
252         int part_nr;
253         unsigned int end;
254         struct flex_array_part *part;
255
256         if (!start && !nr_elements)
257                 return 0;
258         if (start >= fa->total_nr_elements)
259                 return -ENOSPC;
260         if (!nr_elements)
261                 return 0;
262
263         end = start + nr_elements - 1;
264
265         if (end >= fa->total_nr_elements)
266                 return -ENOSPC;
267         if (elements_fit_in_base(fa))
268                 return 0;
269         start_part = fa_element_to_part_nr(fa, start);
270         end_part = fa_element_to_part_nr(fa, end);
271         for (part_nr = start_part; part_nr <= end_part; part_nr++) {
272                 part = __fa_get_part(fa, part_nr, flags);
273                 if (!part)
274                         return -ENOMEM;
275         }
276         return 0;
277 }
278 EXPORT_SYMBOL(flex_array_prealloc);
279
280 /**
281  * flex_array_get - pull data back out of the array
282  * @fa:         the flex array from which to extract data
283  * @element_nr: index of the element to fetch from the array
284  *
285  * Returns a pointer to the data at index @element_nr.  Note
286  * that this is a copy of the data that was passed in.  If you
287  * are using this to store pointers, you'll get back &ptr.  You
288  * may instead wish to use the flex_array_get_ptr helper.
289  *
290  * Locking must be provided by the caller.
291  */
292 void *flex_array_get(struct flex_array *fa, unsigned int element_nr)
293 {
294         int part_nr = fa_element_to_part_nr(fa, element_nr);
295         struct flex_array_part *part;
296
297         if (element_nr >= fa->total_nr_elements)
298                 return NULL;
299         if (elements_fit_in_base(fa))
300                 part = (struct flex_array_part *)&fa->parts[0];
301         else {
302                 part = fa->parts[part_nr];
303                 if (!part)
304                         return NULL;
305         }
306         return &part->elements[index_inside_part(fa, element_nr)];
307 }
308 EXPORT_SYMBOL(flex_array_get);
309
310 /**
311  * flex_array_get_ptr - pull a ptr back out of the array
312  * @fa:         the flex array from which to extract data
313  * @element_nr: index of the element to fetch from the array
314  *
315  * Returns the pointer placed in the flex array at element_nr using
316  * flex_array_put_ptr().  This function should not be called if the
317  * element in question was not set using the _put_ptr() helper.
318  */
319 void *flex_array_get_ptr(struct flex_array *fa, unsigned int element_nr)
320 {
321         void **tmp;
322
323         tmp = flex_array_get(fa, element_nr);
324         if (!tmp)
325                 return NULL;
326
327         return *tmp;
328 }
329 EXPORT_SYMBOL(flex_array_get_ptr);
330
331 static int part_is_free(struct flex_array_part *part)
332 {
333         int i;
334
335         for (i = 0; i < sizeof(struct flex_array_part); i++)
336                 if (part->elements[i] != FLEX_ARRAY_FREE)
337                         return 0;
338         return 1;
339 }
340
341 /**
342  * flex_array_shrink - free unused second-level pages
343  * @fa:         the flex array to shrink
344  *
345  * Frees all second-level pages that consist solely of unused
346  * elements.  Returns the number of pages freed.
347  *
348  * Locking must be provided by the caller.
349  */
350 int flex_array_shrink(struct flex_array *fa)
351 {
352         struct flex_array_part *part;
353         int part_nr;
354         int ret = 0;
355
356         if (!fa->total_nr_elements)
357                 return 0;
358         if (elements_fit_in_base(fa))
359                 return ret;
360         for (part_nr = 0; part_nr < FLEX_ARRAY_NR_BASE_PTRS; part_nr++) {
361                 part = fa->parts[part_nr];
362                 if (!part)
363                         continue;
364                 if (part_is_free(part)) {
365                         fa->parts[part_nr] = NULL;
366                         kfree(part);
367                         ret++;
368                 }
369         }
370         return ret;
371 }
372 EXPORT_SYMBOL(flex_array_shrink);