mm: memcg: remove needless !mm fixup to init_mm when charging
[linux-3.10.git] / mm / slob.c
1 /*
2  * SLOB Allocator: Simple List Of Blocks
3  *
4  * Matt Mackall <mpm@selenic.com> 12/30/03
5  *
6  * NUMA support by Paul Mundt, 2007.
7  *
8  * How SLOB works:
9  *
10  * The core of SLOB is a traditional K&R style heap allocator, with
11  * support for returning aligned objects. The granularity of this
12  * allocator is as little as 2 bytes, however typically most architectures
13  * will require 4 bytes on 32-bit and 8 bytes on 64-bit.
14  *
15  * The slob heap is a set of linked list of pages from alloc_pages(),
16  * and within each page, there is a singly-linked list of free blocks
17  * (slob_t). The heap is grown on demand. To reduce fragmentation,
18  * heap pages are segregated into three lists, with objects less than
19  * 256 bytes, objects less than 1024 bytes, and all other objects.
20  *
21  * Allocation from heap involves first searching for a page with
22  * sufficient free blocks (using a next-fit-like approach) followed by
23  * a first-fit scan of the page. Deallocation inserts objects back
24  * into the free list in address order, so this is effectively an
25  * address-ordered first fit.
26  *
27  * Above this is an implementation of kmalloc/kfree. Blocks returned
28  * from kmalloc are prepended with a 4-byte header with the kmalloc size.
29  * If kmalloc is asked for objects of PAGE_SIZE or larger, it calls
30  * alloc_pages() directly, allocating compound pages so the page order
31  * does not have to be separately tracked, and also stores the exact
32  * allocation size in page->private so that it can be used to accurately
33  * provide ksize(). These objects are detected in kfree() because slob_page()
34  * is false for them.
35  *
36  * SLAB is emulated on top of SLOB by simply calling constructors and
37  * destructors for every SLAB allocation. Objects are returned with the
38  * 4-byte alignment unless the SLAB_HWCACHE_ALIGN flag is set, in which
39  * case the low-level allocator will fragment blocks to create the proper
40  * alignment. Again, objects of page-size or greater are allocated by
41  * calling alloc_pages(). As SLAB objects know their size, no separate
42  * size bookkeeping is necessary and there is essentially no allocation
43  * space overhead, and compound pages aren't needed for multi-page
44  * allocations.
45  *
46  * NUMA support in SLOB is fairly simplistic, pushing most of the real
47  * logic down to the page allocator, and simply doing the node accounting
48  * on the upper levels. In the event that a node id is explicitly
49  * provided, alloc_pages_exact_node() with the specified node id is used
50  * instead. The common case (or when the node id isn't explicitly provided)
51  * will default to the current node, as per numa_node_id().
52  *
53  * Node aware pages are still inserted in to the global freelist, and
54  * these are scanned for by matching against the node id encoded in the
55  * page flags. As a result, block allocations that can be satisfied from
56  * the freelist will only be done so on pages residing on the same node,
57  * in order to prevent random node placement.
58  */
59
60 #include <linux/kernel.h>
61 #include <linux/slab.h>
62 #include "slab.h"
63
64 #include <linux/mm.h>
65 #include <linux/swap.h> /* struct reclaim_state */
66 #include <linux/cache.h>
67 #include <linux/init.h>
68 #include <linux/export.h>
69 #include <linux/rcupdate.h>
70 #include <linux/list.h>
71 #include <linux/kmemleak.h>
72
73 #include <trace/events/kmem.h>
74
75 #include <linux/atomic.h>
76
77 /*
78  * slob_block has a field 'units', which indicates size of block if +ve,
79  * or offset of next block if -ve (in SLOB_UNITs).
80  *
81  * Free blocks of size 1 unit simply contain the offset of the next block.
82  * Those with larger size contain their size in the first SLOB_UNIT of
83  * memory, and the offset of the next free block in the second SLOB_UNIT.
84  */
85 #if PAGE_SIZE <= (32767 * 2)
86 typedef s16 slobidx_t;
87 #else
88 typedef s32 slobidx_t;
89 #endif
90
91 struct slob_block {
92         slobidx_t units;
93 };
94 typedef struct slob_block slob_t;
95
96 /*
97  * All partially free slob pages go on these lists.
98  */
99 #define SLOB_BREAK1 256
100 #define SLOB_BREAK2 1024
101 static LIST_HEAD(free_slob_small);
102 static LIST_HEAD(free_slob_medium);
103 static LIST_HEAD(free_slob_large);
104
105 /*
106  * slob_page_free: true for pages on free_slob_pages list.
107  */
108 static inline int slob_page_free(struct page *sp)
109 {
110         return PageSlobFree(sp);
111 }
112
113 static void set_slob_page_free(struct page *sp, struct list_head *list)
114 {
115         list_add(&sp->list, list);
116         __SetPageSlobFree(sp);
117 }
118
119 static inline void clear_slob_page_free(struct page *sp)
120 {
121         list_del(&sp->list);
122         __ClearPageSlobFree(sp);
123 }
124
125 #define SLOB_UNIT sizeof(slob_t)
126 #define SLOB_UNITS(size) (((size) + SLOB_UNIT - 1)/SLOB_UNIT)
127 #define SLOB_ALIGN L1_CACHE_BYTES
128
129 /*
130  * struct slob_rcu is inserted at the tail of allocated slob blocks, which
131  * were created with a SLAB_DESTROY_BY_RCU slab. slob_rcu is used to free
132  * the block using call_rcu.
133  */
134 struct slob_rcu {
135         struct rcu_head head;
136         int size;
137 };
138
139 /*
140  * slob_lock protects all slob allocator structures.
141  */
142 static DEFINE_SPINLOCK(slob_lock);
143
144 /*
145  * Encode the given size and next info into a free slob block s.
146  */
147 static void set_slob(slob_t *s, slobidx_t size, slob_t *next)
148 {
149         slob_t *base = (slob_t *)((unsigned long)s & PAGE_MASK);
150         slobidx_t offset = next - base;
151
152         if (size > 1) {
153                 s[0].units = size;
154                 s[1].units = offset;
155         } else
156                 s[0].units = -offset;
157 }
158
159 /*
160  * Return the size of a slob block.
161  */
162 static slobidx_t slob_units(slob_t *s)
163 {
164         if (s->units > 0)
165                 return s->units;
166         return 1;
167 }
168
169 /*
170  * Return the next free slob block pointer after this one.
171  */
172 static slob_t *slob_next(slob_t *s)
173 {
174         slob_t *base = (slob_t *)((unsigned long)s & PAGE_MASK);
175         slobidx_t next;
176
177         if (s[0].units < 0)
178                 next = -s[0].units;
179         else
180                 next = s[1].units;
181         return base+next;
182 }
183
184 /*
185  * Returns true if s is the last free block in its page.
186  */
187 static int slob_last(slob_t *s)
188 {
189         return !((unsigned long)slob_next(s) & ~PAGE_MASK);
190 }
191
192 static void *slob_new_pages(gfp_t gfp, int order, int node)
193 {
194         void *page;
195
196 #ifdef CONFIG_NUMA
197         if (node != -1)
198                 page = alloc_pages_exact_node(node, gfp, order);
199         else
200 #endif
201                 page = alloc_pages(gfp, order);
202
203         if (!page)
204                 return NULL;
205
206         return page_address(page);
207 }
208
209 static void slob_free_pages(void *b, int order)
210 {
211         if (current->reclaim_state)
212                 current->reclaim_state->reclaimed_slab += 1 << order;
213         free_pages((unsigned long)b, order);
214 }
215
216 /*
217  * Allocate a slob block within a given slob_page sp.
218  */
219 static void *slob_page_alloc(struct page *sp, size_t size, int align)
220 {
221         slob_t *prev, *cur, *aligned = NULL;
222         int delta = 0, units = SLOB_UNITS(size);
223
224         for (prev = NULL, cur = sp->freelist; ; prev = cur, cur = slob_next(cur)) {
225                 slobidx_t avail = slob_units(cur);
226
227                 if (align) {
228                         aligned = (slob_t *)ALIGN((unsigned long)cur, align);
229                         delta = aligned - cur;
230                 }
231                 if (avail >= units + delta) { /* room enough? */
232                         slob_t *next;
233
234                         if (delta) { /* need to fragment head to align? */
235                                 next = slob_next(cur);
236                                 set_slob(aligned, avail - delta, next);
237                                 set_slob(cur, delta, aligned);
238                                 prev = cur;
239                                 cur = aligned;
240                                 avail = slob_units(cur);
241                         }
242
243                         next = slob_next(cur);
244                         if (avail == units) { /* exact fit? unlink. */
245                                 if (prev)
246                                         set_slob(prev, slob_units(prev), next);
247                                 else
248                                         sp->freelist = next;
249                         } else { /* fragment */
250                                 if (prev)
251                                         set_slob(prev, slob_units(prev), cur + units);
252                                 else
253                                         sp->freelist = cur + units;
254                                 set_slob(cur + units, avail - units, next);
255                         }
256
257                         sp->units -= units;
258                         if (!sp->units)
259                                 clear_slob_page_free(sp);
260                         return cur;
261                 }
262                 if (slob_last(cur))
263                         return NULL;
264         }
265 }
266
267 /*
268  * slob_alloc: entry point into the slob allocator.
269  */
270 static void *slob_alloc(size_t size, gfp_t gfp, int align, int node)
271 {
272         struct page *sp;
273         struct list_head *prev;
274         struct list_head *slob_list;
275         slob_t *b = NULL;
276         unsigned long flags;
277
278         if (size < SLOB_BREAK1)
279                 slob_list = &free_slob_small;
280         else if (size < SLOB_BREAK2)
281                 slob_list = &free_slob_medium;
282         else
283                 slob_list = &free_slob_large;
284
285         spin_lock_irqsave(&slob_lock, flags);
286         /* Iterate through each partially free page, try to find room */
287         list_for_each_entry(sp, slob_list, list) {
288 #ifdef CONFIG_NUMA
289                 /*
290                  * If there's a node specification, search for a partial
291                  * page with a matching node id in the freelist.
292                  */
293                 if (node != -1 && page_to_nid(sp) != node)
294                         continue;
295 #endif
296                 /* Enough room on this page? */
297                 if (sp->units < SLOB_UNITS(size))
298                         continue;
299
300                 /* Attempt to alloc */
301                 prev = sp->list.prev;
302                 b = slob_page_alloc(sp, size, align);
303                 if (!b)
304                         continue;
305
306                 /* Improve fragment distribution and reduce our average
307                  * search time by starting our next search here. (see
308                  * Knuth vol 1, sec 2.5, pg 449) */
309                 if (prev != slob_list->prev &&
310                                 slob_list->next != prev->next)
311                         list_move_tail(slob_list, prev->next);
312                 break;
313         }
314         spin_unlock_irqrestore(&slob_lock, flags);
315
316         /* Not enough space: must allocate a new page */
317         if (!b) {
318                 b = slob_new_pages(gfp & ~__GFP_ZERO, 0, node);
319                 if (!b)
320                         return NULL;
321                 sp = virt_to_page(b);
322                 __SetPageSlab(sp);
323
324                 spin_lock_irqsave(&slob_lock, flags);
325                 sp->units = SLOB_UNITS(PAGE_SIZE);
326                 sp->freelist = b;
327                 INIT_LIST_HEAD(&sp->list);
328                 set_slob(b, SLOB_UNITS(PAGE_SIZE), b + SLOB_UNITS(PAGE_SIZE));
329                 set_slob_page_free(sp, slob_list);
330                 b = slob_page_alloc(sp, size, align);
331                 BUG_ON(!b);
332                 spin_unlock_irqrestore(&slob_lock, flags);
333         }
334         if (unlikely((gfp & __GFP_ZERO) && b))
335                 memset(b, 0, size);
336         return b;
337 }
338
339 /*
340  * slob_free: entry point into the slob allocator.
341  */
342 static void slob_free(void *block, int size)
343 {
344         struct page *sp;
345         slob_t *prev, *next, *b = (slob_t *)block;
346         slobidx_t units;
347         unsigned long flags;
348         struct list_head *slob_list;
349
350         if (unlikely(ZERO_OR_NULL_PTR(block)))
351                 return;
352         BUG_ON(!size);
353
354         sp = virt_to_page(block);
355         units = SLOB_UNITS(size);
356
357         spin_lock_irqsave(&slob_lock, flags);
358
359         if (sp->units + units == SLOB_UNITS(PAGE_SIZE)) {
360                 /* Go directly to page allocator. Do not pass slob allocator */
361                 if (slob_page_free(sp))
362                         clear_slob_page_free(sp);
363                 spin_unlock_irqrestore(&slob_lock, flags);
364                 __ClearPageSlab(sp);
365                 reset_page_mapcount(sp);
366                 slob_free_pages(b, 0);
367                 return;
368         }
369
370         if (!slob_page_free(sp)) {
371                 /* This slob page is about to become partially free. Easy! */
372                 sp->units = units;
373                 sp->freelist = b;
374                 set_slob(b, units,
375                         (void *)((unsigned long)(b +
376                                         SLOB_UNITS(PAGE_SIZE)) & PAGE_MASK));
377                 if (size < SLOB_BREAK1)
378                         slob_list = &free_slob_small;
379                 else if (size < SLOB_BREAK2)
380                         slob_list = &free_slob_medium;
381                 else
382                         slob_list = &free_slob_large;
383                 set_slob_page_free(sp, slob_list);
384                 goto out;
385         }
386
387         /*
388          * Otherwise the page is already partially free, so find reinsertion
389          * point.
390          */
391         sp->units += units;
392
393         if (b < (slob_t *)sp->freelist) {
394                 if (b + units == sp->freelist) {
395                         units += slob_units(sp->freelist);
396                         sp->freelist = slob_next(sp->freelist);
397                 }
398                 set_slob(b, units, sp->freelist);
399                 sp->freelist = b;
400         } else {
401                 prev = sp->freelist;
402                 next = slob_next(prev);
403                 while (b > next) {
404                         prev = next;
405                         next = slob_next(prev);
406                 }
407
408                 if (!slob_last(prev) && b + units == next) {
409                         units += slob_units(next);
410                         set_slob(b, units, slob_next(next));
411                 } else
412                         set_slob(b, units, next);
413
414                 if (prev + slob_units(prev) == b) {
415                         units = slob_units(b) + slob_units(prev);
416                         set_slob(prev, units, slob_next(b));
417                 } else
418                         set_slob(prev, slob_units(prev), b);
419         }
420 out:
421         spin_unlock_irqrestore(&slob_lock, flags);
422 }
423
424 /*
425  * End of slob allocator proper. Begin kmem_cache_alloc and kmalloc frontend.
426  */
427
428 void *__kmalloc_node(size_t size, gfp_t gfp, int node)
429 {
430         unsigned int *m;
431         int align = max(ARCH_KMALLOC_MINALIGN, ARCH_SLAB_MINALIGN);
432         void *ret;
433
434         gfp &= gfp_allowed_mask;
435
436         lockdep_trace_alloc(gfp);
437
438         if (size < PAGE_SIZE - align) {
439                 if (!size)
440                         return ZERO_SIZE_PTR;
441
442                 m = slob_alloc(size + align, gfp, align, node);
443
444                 if (!m)
445                         return NULL;
446                 *m = size;
447                 ret = (void *)m + align;
448
449                 trace_kmalloc_node(_RET_IP_, ret,
450                                    size, size + align, gfp, node);
451         } else {
452                 unsigned int order = get_order(size);
453
454                 if (likely(order))
455                         gfp |= __GFP_COMP;
456                 ret = slob_new_pages(gfp, order, node);
457                 if (ret) {
458                         struct page *page;
459                         page = virt_to_page(ret);
460                         page->private = size;
461                 }
462
463                 trace_kmalloc_node(_RET_IP_, ret,
464                                    size, PAGE_SIZE << order, gfp, node);
465         }
466
467         kmemleak_alloc(ret, size, 1, gfp);
468         return ret;
469 }
470 EXPORT_SYMBOL(__kmalloc_node);
471
472 void kfree(const void *block)
473 {
474         struct page *sp;
475
476         trace_kfree(_RET_IP_, block);
477
478         if (unlikely(ZERO_OR_NULL_PTR(block)))
479                 return;
480         kmemleak_free(block);
481
482         sp = virt_to_page(block);
483         if (PageSlab(sp)) {
484                 int align = max(ARCH_KMALLOC_MINALIGN, ARCH_SLAB_MINALIGN);
485                 unsigned int *m = (unsigned int *)(block - align);
486                 slob_free(m, *m + align);
487         } else
488                 put_page(sp);
489 }
490 EXPORT_SYMBOL(kfree);
491
492 /* can't use ksize for kmem_cache_alloc memory, only kmalloc */
493 size_t ksize(const void *block)
494 {
495         struct page *sp;
496
497         BUG_ON(!block);
498         if (unlikely(block == ZERO_SIZE_PTR))
499                 return 0;
500
501         sp = virt_to_page(block);
502         if (PageSlab(sp)) {
503                 int align = max(ARCH_KMALLOC_MINALIGN, ARCH_SLAB_MINALIGN);
504                 unsigned int *m = (unsigned int *)(block - align);
505                 return SLOB_UNITS(*m) * SLOB_UNIT;
506         } else
507                 return sp->private;
508 }
509 EXPORT_SYMBOL(ksize);
510
511 struct kmem_cache *__kmem_cache_create(const char *name, size_t size,
512         size_t align, unsigned long flags, void (*ctor)(void *))
513 {
514         struct kmem_cache *c;
515
516         c = slob_alloc(sizeof(struct kmem_cache),
517                 GFP_KERNEL, ARCH_KMALLOC_MINALIGN, -1);
518
519         if (c) {
520                 c->name = name;
521                 c->size = size;
522                 if (flags & SLAB_DESTROY_BY_RCU) {
523                         /* leave room for rcu footer at the end of object */
524                         c->size += sizeof(struct slob_rcu);
525                 }
526                 c->flags = flags;
527                 c->ctor = ctor;
528                 /* ignore alignment unless it's forced */
529                 c->align = (flags & SLAB_HWCACHE_ALIGN) ? SLOB_ALIGN : 0;
530                 if (c->align < ARCH_SLAB_MINALIGN)
531                         c->align = ARCH_SLAB_MINALIGN;
532                 if (c->align < align)
533                         c->align = align;
534
535                 kmemleak_alloc(c, sizeof(struct kmem_cache), 1, GFP_KERNEL);
536                 c->refcount = 1;
537         }
538         return c;
539 }
540
541 void kmem_cache_destroy(struct kmem_cache *c)
542 {
543         kmemleak_free(c);
544         if (c->flags & SLAB_DESTROY_BY_RCU)
545                 rcu_barrier();
546         slob_free(c, sizeof(struct kmem_cache));
547 }
548 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_destroy);
549
550 void *kmem_cache_alloc_node(struct kmem_cache *c, gfp_t flags, int node)
551 {
552         void *b;
553
554         flags &= gfp_allowed_mask;
555
556         lockdep_trace_alloc(flags);
557
558         if (c->size < PAGE_SIZE) {
559                 b = slob_alloc(c->size, flags, c->align, node);
560                 trace_kmem_cache_alloc_node(_RET_IP_, b, c->size,
561                                             SLOB_UNITS(c->size) * SLOB_UNIT,
562                                             flags, node);
563         } else {
564                 b = slob_new_pages(flags, get_order(c->size), node);
565                 trace_kmem_cache_alloc_node(_RET_IP_, b, c->size,
566                                             PAGE_SIZE << get_order(c->size),
567                                             flags, node);
568         }
569
570         if (c->ctor)
571                 c->ctor(b);
572
573         kmemleak_alloc_recursive(b, c->size, 1, c->flags, flags);
574         return b;
575 }
576 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_alloc_node);
577
578 static void __kmem_cache_free(void *b, int size)
579 {
580         if (size < PAGE_SIZE)
581                 slob_free(b, size);
582         else
583                 slob_free_pages(b, get_order(size));
584 }
585
586 static void kmem_rcu_free(struct rcu_head *head)
587 {
588         struct slob_rcu *slob_rcu = (struct slob_rcu *)head;
589         void *b = (void *)slob_rcu - (slob_rcu->size - sizeof(struct slob_rcu));
590
591         __kmem_cache_free(b, slob_rcu->size);
592 }
593
594 void kmem_cache_free(struct kmem_cache *c, void *b)
595 {
596         kmemleak_free_recursive(b, c->flags);
597         if (unlikely(c->flags & SLAB_DESTROY_BY_RCU)) {
598                 struct slob_rcu *slob_rcu;
599                 slob_rcu = b + (c->size - sizeof(struct slob_rcu));
600                 slob_rcu->size = c->size;
601                 call_rcu(&slob_rcu->head, kmem_rcu_free);
602         } else {
603                 __kmem_cache_free(b, c->size);
604         }
605
606         trace_kmem_cache_free(_RET_IP_, b);
607 }
608 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_free);
609
610 unsigned int kmem_cache_size(struct kmem_cache *c)
611 {
612         return c->size;
613 }
614 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_size);
615
616 int kmem_cache_shrink(struct kmem_cache *d)
617 {
618         return 0;
619 }
620 EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_shrink);
621
622 void __init kmem_cache_init(void)
623 {
624         slab_state = UP;
625 }
626
627 void __init kmem_cache_init_late(void)
628 {
629         slab_state = FULL;
630 }