mm: memcg: remove needless !mm fixup to init_mm when charging
[linux-3.10.git] / mm / mempool.c
1 /*
2  *  linux/mm/mempool.c
3  *
4  *  memory buffer pool support. Such pools are mostly used
5  *  for guaranteed, deadlock-free memory allocations during
6  *  extreme VM load.
7  *
8  *  started by Ingo Molnar, Copyright (C) 2001
9  */
10
11 #include <linux/mm.h>
12 #include <linux/slab.h>
13 #include <linux/export.h>
14 #include <linux/mempool.h>
15 #include <linux/blkdev.h>
16 #include <linux/writeback.h>
17
18 static void add_element(mempool_t *pool, void *element)
19 {
20         BUG_ON(pool->curr_nr >= pool->min_nr);
21         pool->elements[pool->curr_nr++] = element;
22 }
23
24 static void *remove_element(mempool_t *pool)
25 {
26         BUG_ON(pool->curr_nr <= 0);
27         return pool->elements[--pool->curr_nr];
28 }
29
30 /**
31  * mempool_destroy - deallocate a memory pool
32  * @pool:      pointer to the memory pool which was allocated via
33  *             mempool_create().
34  *
35  * Free all reserved elements in @pool and @pool itself.  This function
36  * only sleeps if the free_fn() function sleeps.
37  */
38 void mempool_destroy(mempool_t *pool)
39 {
40         while (pool->curr_nr) {
41                 void *element = remove_element(pool);
42                 pool->free(element, pool->pool_data);
43         }
44         kfree(pool->elements);
45         kfree(pool);
46 }
47 EXPORT_SYMBOL(mempool_destroy);
48
49 /**
50  * mempool_create - create a memory pool
51  * @min_nr:    the minimum number of elements guaranteed to be
52  *             allocated for this pool.
53  * @alloc_fn:  user-defined element-allocation function.
54  * @free_fn:   user-defined element-freeing function.
55  * @pool_data: optional private data available to the user-defined functions.
56  *
57  * this function creates and allocates a guaranteed size, preallocated
58  * memory pool. The pool can be used from the mempool_alloc() and mempool_free()
59  * functions. This function might sleep. Both the alloc_fn() and the free_fn()
60  * functions might sleep - as long as the mempool_alloc() function is not called
61  * from IRQ contexts.
62  */
63 mempool_t *mempool_create(int min_nr, mempool_alloc_t *alloc_fn,
64                                 mempool_free_t *free_fn, void *pool_data)
65 {
66         return  mempool_create_node(min_nr,alloc_fn,free_fn, pool_data,-1);
67 }
68 EXPORT_SYMBOL(mempool_create);
69
70 mempool_t *mempool_create_node(int min_nr, mempool_alloc_t *alloc_fn,
71                         mempool_free_t *free_fn, void *pool_data, int node_id)
72 {
73         mempool_t *pool;
74         pool = kmalloc_node(sizeof(*pool), GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, node_id);
75         if (!pool)
76                 return NULL;
77         pool->elements = kmalloc_node(min_nr * sizeof(void *),
78                                         GFP_KERNEL, node_id);
79         if (!pool->elements) {
80                 kfree(pool);
81                 return NULL;
82         }
83         spin_lock_init(&pool->lock);
84         pool->min_nr = min_nr;
85         pool->pool_data = pool_data;
86         init_waitqueue_head(&pool->wait);
87         pool->alloc = alloc_fn;
88         pool->free = free_fn;
89
90         /*
91          * First pre-allocate the guaranteed number of buffers.
92          */
93         while (pool->curr_nr < pool->min_nr) {
94                 void *element;
95
96                 element = pool->alloc(GFP_KERNEL, pool->pool_data);
97                 if (unlikely(!element)) {
98                         mempool_destroy(pool);
99                         return NULL;
100                 }
101                 add_element(pool, element);
102         }
103         return pool;
104 }
105 EXPORT_SYMBOL(mempool_create_node);
106
107 /**
108  * mempool_resize - resize an existing memory pool
109  * @pool:       pointer to the memory pool which was allocated via
110  *              mempool_create().
111  * @new_min_nr: the new minimum number of elements guaranteed to be
112  *              allocated for this pool.
113  * @gfp_mask:   the usual allocation bitmask.
114  *
115  * This function shrinks/grows the pool. In the case of growing,
116  * it cannot be guaranteed that the pool will be grown to the new
117  * size immediately, but new mempool_free() calls will refill it.
118  *
119  * Note, the caller must guarantee that no mempool_destroy is called
120  * while this function is running. mempool_alloc() & mempool_free()
121  * might be called (eg. from IRQ contexts) while this function executes.
122  */
123 int mempool_resize(mempool_t *pool, int new_min_nr, gfp_t gfp_mask)
124 {
125         void *element;
126         void **new_elements;
127         unsigned long flags;
128
129         BUG_ON(new_min_nr <= 0);
130
131         spin_lock_irqsave(&pool->lock, flags);
132         if (new_min_nr <= pool->min_nr) {
133                 while (new_min_nr < pool->curr_nr) {
134                         element = remove_element(pool);
135                         spin_unlock_irqrestore(&pool->lock, flags);
136                         pool->free(element, pool->pool_data);
137                         spin_lock_irqsave(&pool->lock, flags);
138                 }
139                 pool->min_nr = new_min_nr;
140                 goto out_unlock;
141         }
142         spin_unlock_irqrestore(&pool->lock, flags);
143
144         /* Grow the pool */
145         new_elements = kmalloc(new_min_nr * sizeof(*new_elements), gfp_mask);
146         if (!new_elements)
147                 return -ENOMEM;
148
149         spin_lock_irqsave(&pool->lock, flags);
150         if (unlikely(new_min_nr <= pool->min_nr)) {
151                 /* Raced, other resize will do our work */
152                 spin_unlock_irqrestore(&pool->lock, flags);
153                 kfree(new_elements);
154                 goto out;
155         }
156         memcpy(new_elements, pool->elements,
157                         pool->curr_nr * sizeof(*new_elements));
158         kfree(pool->elements);
159         pool->elements = new_elements;
160         pool->min_nr = new_min_nr;
161
162         while (pool->curr_nr < pool->min_nr) {
163                 spin_unlock_irqrestore(&pool->lock, flags);
164                 element = pool->alloc(gfp_mask, pool->pool_data);
165                 if (!element)
166                         goto out;
167                 spin_lock_irqsave(&pool->lock, flags);
168                 if (pool->curr_nr < pool->min_nr) {
169                         add_element(pool, element);
170                 } else {
171                         spin_unlock_irqrestore(&pool->lock, flags);
172                         pool->free(element, pool->pool_data);   /* Raced */
173                         goto out;
174                 }
175         }
176 out_unlock:
177         spin_unlock_irqrestore(&pool->lock, flags);
178 out:
179         return 0;
180 }
181 EXPORT_SYMBOL(mempool_resize);
182
183 /**
184  * mempool_alloc - allocate an element from a specific memory pool
185  * @pool:      pointer to the memory pool which was allocated via
186  *             mempool_create().
187  * @gfp_mask:  the usual allocation bitmask.
188  *
189  * this function only sleeps if the alloc_fn() function sleeps or
190  * returns NULL. Note that due to preallocation, this function
191  * *never* fails when called from process contexts. (it might
192  * fail if called from an IRQ context.)
193  */
194 void * mempool_alloc(mempool_t *pool, gfp_t gfp_mask)
195 {
196         void *element;
197         unsigned long flags;
198         wait_queue_t wait;
199         gfp_t gfp_temp;
200
201         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
202
203         gfp_mask |= __GFP_NOMEMALLOC;   /* don't allocate emergency reserves */
204         gfp_mask |= __GFP_NORETRY;      /* don't loop in __alloc_pages */
205         gfp_mask |= __GFP_NOWARN;       /* failures are OK */
206
207         gfp_temp = gfp_mask & ~(__GFP_WAIT|__GFP_IO);
208
209 repeat_alloc:
210
211         element = pool->alloc(gfp_temp, pool->pool_data);
212         if (likely(element != NULL))
213                 return element;
214
215         spin_lock_irqsave(&pool->lock, flags);
216         if (likely(pool->curr_nr)) {
217                 element = remove_element(pool);
218                 spin_unlock_irqrestore(&pool->lock, flags);
219                 /* paired with rmb in mempool_free(), read comment there */
220                 smp_wmb();
221                 return element;
222         }
223
224         /*
225          * We use gfp mask w/o __GFP_WAIT or IO for the first round.  If
226          * alloc failed with that and @pool was empty, retry immediately.
227          */
228         if (gfp_temp != gfp_mask) {
229                 spin_unlock_irqrestore(&pool->lock, flags);
230                 gfp_temp = gfp_mask;
231                 goto repeat_alloc;
232         }
233
234         /* We must not sleep if !__GFP_WAIT */
235         if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT)) {
236                 spin_unlock_irqrestore(&pool->lock, flags);
237                 return NULL;
238         }
239
240         /* Let's wait for someone else to return an element to @pool */
241         init_wait(&wait);
242         prepare_to_wait(&pool->wait, &wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
243
244         spin_unlock_irqrestore(&pool->lock, flags);
245
246         /*
247          * FIXME: this should be io_schedule().  The timeout is there as a
248          * workaround for some DM problems in 2.6.18.
249          */
250         io_schedule_timeout(5*HZ);
251
252         finish_wait(&pool->wait, &wait);
253         goto repeat_alloc;
254 }
255 EXPORT_SYMBOL(mempool_alloc);
256
257 /**
258  * mempool_free - return an element to the pool.
259  * @element:   pool element pointer.
260  * @pool:      pointer to the memory pool which was allocated via
261  *             mempool_create().
262  *
263  * this function only sleeps if the free_fn() function sleeps.
264  */
265 void mempool_free(void *element, mempool_t *pool)
266 {
267         unsigned long flags;
268
269         if (unlikely(element == NULL))
270                 return;
271
272         /*
273          * Paired with the wmb in mempool_alloc().  The preceding read is
274          * for @element and the following @pool->curr_nr.  This ensures
275          * that the visible value of @pool->curr_nr is from after the
276          * allocation of @element.  This is necessary for fringe cases
277          * where @element was passed to this task without going through
278          * barriers.
279          *
280          * For example, assume @p is %NULL at the beginning and one task
281          * performs "p = mempool_alloc(...);" while another task is doing
282          * "while (!p) cpu_relax(); mempool_free(p, ...);".  This function
283          * may end up using curr_nr value which is from before allocation
284          * of @p without the following rmb.
285          */
286         smp_rmb();
287
288         /*
289          * For correctness, we need a test which is guaranteed to trigger
290          * if curr_nr + #allocated == min_nr.  Testing curr_nr < min_nr
291          * without locking achieves that and refilling as soon as possible
292          * is desirable.
293          *
294          * Because curr_nr visible here is always a value after the
295          * allocation of @element, any task which decremented curr_nr below
296          * min_nr is guaranteed to see curr_nr < min_nr unless curr_nr gets
297          * incremented to min_nr afterwards.  If curr_nr gets incremented
298          * to min_nr after the allocation of @element, the elements
299          * allocated after that are subject to the same guarantee.
300          *
301          * Waiters happen iff curr_nr is 0 and the above guarantee also
302          * ensures that there will be frees which return elements to the
303          * pool waking up the waiters.
304          */
305         if (pool->curr_nr < pool->min_nr) {
306                 spin_lock_irqsave(&pool->lock, flags);
307                 if (pool->curr_nr < pool->min_nr) {
308                         add_element(pool, element);
309                         spin_unlock_irqrestore(&pool->lock, flags);
310                         wake_up(&pool->wait);
311                         return;
312                 }
313                 spin_unlock_irqrestore(&pool->lock, flags);
314         }
315         pool->free(element, pool->pool_data);
316 }
317 EXPORT_SYMBOL(mempool_free);
318
319 /*
320  * A commonly used alloc and free fn.
321  */
322 void *mempool_alloc_slab(gfp_t gfp_mask, void *pool_data)
323 {
324         struct kmem_cache *mem = pool_data;
325         return kmem_cache_alloc(mem, gfp_mask);
326 }
327 EXPORT_SYMBOL(mempool_alloc_slab);
328
329 void mempool_free_slab(void *element, void *pool_data)
330 {
331         struct kmem_cache *mem = pool_data;
332         kmem_cache_free(mem, element);
333 }
334 EXPORT_SYMBOL(mempool_free_slab);
335
336 /*
337  * A commonly used alloc and free fn that kmalloc/kfrees the amount of memory
338  * specified by pool_data
339  */
340 void *mempool_kmalloc(gfp_t gfp_mask, void *pool_data)
341 {
342         size_t size = (size_t)pool_data;
343         return kmalloc(size, gfp_mask);
344 }
345 EXPORT_SYMBOL(mempool_kmalloc);
346
347 void mempool_kfree(void *element, void *pool_data)
348 {
349         kfree(element);
350 }
351 EXPORT_SYMBOL(mempool_kfree);
352
353 /*
354  * A simple mempool-backed page allocator that allocates pages
355  * of the order specified by pool_data.
356  */
357 void *mempool_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, void *pool_data)
358 {
359         int order = (int)(long)pool_data;
360         return alloc_pages(gfp_mask, order);
361 }
362 EXPORT_SYMBOL(mempool_alloc_pages);
363
364 void mempool_free_pages(void *element, void *pool_data)
365 {
366         int order = (int)(long)pool_data;
367         __free_pages(element, order);
368 }
369 EXPORT_SYMBOL(mempool_free_pages);