word-at-a-time: make the interfaces truly generic
Linus Torvalds [Sat, 26 May 2012 17:43:17 +0000 (10:43 -0700)]
This changes the interfaces in <asm/word-at-a-time.h> to be a bit more
complicated, but a lot more generic.

In particular, it allows us to really do the operations efficiently on
both little-endian and big-endian machines, pretty much regardless of
machine details.  For example, if you can rely on a fast population
count instruction on your architecture, this will allow you to make your
optimized <asm/word-at-a-time.h> file with that.

NOTE! The "generic" version in include/asm-generic/word-at-a-time.h is
not truly generic, it actually only works on big-endian.  Why? Because
on little-endian the generic algorithms are wasteful, since you can
inevitably do better. The x86 implementation is an example of that.

(The only truly non-generic part of the asm-generic implementation is
the "find_zero()" function, and you could make a little-endian version
of it.  And if the Kbuild infrastructure allowed us to pick a particular
header file, that would be lovely)

The <asm/word-at-a-time.h> functions are as follows:

 - WORD_AT_A_TIME_CONSTANTS: specific constants that the algorithm
   uses.

 - has_zero(): take a word, and determine if it has a zero byte in it.
   It gets the word, the pointer to the constant pool, and a pointer to
   an intermediate "data" field it can set.

   This is the "quick-and-dirty" zero tester: it's what is run inside
   the hot loops.

 - "prep_zero_mask()": take the word, the data that has_zero() produced,
   and the constant pool, and generate an *exact* mask of which byte had
   the first zero.  This is run directly *outside* the loop, and allows
   the "has_zero()" function to answer the "is there a zero byte"
   question without necessarily getting exactly *which* byte is the
   first one to contain a zero.

   If you do multiple byte lookups concurrently (eg "hash_name()", which
   looks for both NUL and '/' bytes), after you've done the prep_zero_mask()
   phase, the result of those can be or'ed together to get the "either
   or" case.

 - The result from "prep_zero_mask()" can then be fed into "find_zero()"
   (to find the byte offset of the first byte that was zero) or into
   "zero_bytemask()" (to find the bytemask of the bytes preceding the
   zero byte).

   The existence of zero_bytemask() is optional, and is not necessary
   for the normal string routines.  But dentry name hashing needs it, so
   if you enable DENTRY_WORD_AT_A_TIME you need to expose it.

This changes the generic strncpy_from_user() function and the dentry
hashing functions to use these modified word-at-a-time interfaces.  This
gets us back to the optimized state of the x86 strncpy that we lost in
the previous commit when moving over to the generic version.

Signed-off-by: Linus Torvalds <torvalds@linux-foundation.org>

arch/openrisc/include/asm/Kbuild
arch/sparc/include/asm/Kbuild
arch/x86/include/asm/word-at-a-time.h
fs/namei.c
include/asm-generic/word-at-a-time.h [new file with mode: 0644]
lib/strncpy_from_user.c

index c936483..3f35c38 100644 (file)
@@ -66,3 +66,4 @@ generic-y += topology.h
 generic-y += types.h
 generic-y += ucontext.h
 generic-y += user.h
+generic-y += word-at-a-time.h
index 2c2e388..67f83e0 100644 (file)
@@ -21,3 +21,4 @@ generic-y += div64.h
 generic-y += local64.h
 generic-y += irq_regs.h
 generic-y += local.h
+generic-y += word-at-a-time.h
index ae03fac..5b23898 100644 (file)
  * bit count instruction, that might be better than the multiply
  * and shift, for example.
  */
+struct word_at_a_time {
+       const unsigned long one_bits, high_bits;
+};
+
+#define WORD_AT_A_TIME_CONSTANTS { REPEAT_BYTE(0x01), REPEAT_BYTE(0x80) }
 
 #ifdef CONFIG_64BIT
 
@@ -37,10 +42,31 @@ static inline long count_masked_bytes(long mask)
 
 #endif
 
-/* Return the high bit set in the first byte that is a zero */
-static inline unsigned long has_zero(unsigned long a)
+/* Return nonzero if it has a zero */
+static inline unsigned long has_zero(unsigned long a, unsigned long *bits, const struct word_at_a_time *c)
+{
+       unsigned long mask = ((a - c->one_bits) & ~a) & c->high_bits;
+       *bits = mask;
+       return mask;
+}
+
+static inline unsigned long prep_zero_mask(unsigned long a, unsigned long bits, const struct word_at_a_time *c)
+{
+       return bits;
+}
+
+static inline unsigned long create_zero_mask(unsigned long bits)
+{
+       bits = (bits - 1) & ~bits;
+       return bits >> 7;
+}
+
+/* The mask we created is directly usable as a bytemask */
+#define zero_bytemask(mask) (mask)
+
+static inline unsigned long find_zero(unsigned long mask)
 {
-       return ((a - REPEAT_BYTE(0x01)) & ~a) & REPEAT_BYTE(0x80);
+       return count_masked_bytes(mask);
 }
 
 /*
index 93ff12b..c651f02 100644 (file)
@@ -1452,7 +1452,8 @@ EXPORT_SYMBOL(full_name_hash);
  */
 static inline unsigned long hash_name(const char *name, unsigned int *hashp)
 {
-       unsigned long a, mask, hash, len;
+       unsigned long a, b, adata, bdata, mask, hash, len;
+       const struct word_at_a_time constants = WORD_AT_A_TIME_CONSTANTS;
 
        hash = a = 0;
        len = -sizeof(unsigned long);
@@ -1460,17 +1461,18 @@ static inline unsigned long hash_name(const char *name, unsigned int *hashp)
                hash = (hash + a) * 9;
                len += sizeof(unsigned long);
                a = load_unaligned_zeropad(name+len);
-               /* Do we have any NUL or '/' bytes in this word? */
-               mask = has_zero(a) | has_zero(a ^ REPEAT_BYTE('/'));
-       } while (!mask);
-
-       /* The mask *below* the first high bit set */
-       mask = (mask - 1) & ~mask;
-       mask >>= 7;
-       hash += a & mask;
+               b = a ^ REPEAT_BYTE('/');
+       } while (!(has_zero(a, &adata, &constants) | has_zero(b, &bdata, &constants)));
+
+       adata = prep_zero_mask(a, adata, &constants);
+       bdata = prep_zero_mask(b, bdata, &constants);
+
+       mask = create_zero_mask(adata | bdata);
+
+       hash += a & zero_bytemask(mask);
        *hashp = fold_hash(hash);
 
-       return len + count_masked_bytes(mask);
+       return len + find_zero(mask);
 }
 
 #else
diff --git a/include/asm-generic/word-at-a-time.h b/include/asm-generic/word-at-a-time.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..3f21f1b
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,52 @@
+#ifndef _ASM_WORD_AT_A_TIME_H
+#define _ASM_WORD_AT_A_TIME_H
+
+/*
+ * This says "generic", but it's actually big-endian only.
+ * Little-endian can use more efficient versions of these
+ * interfaces, see for example
+ *      arch/x86/include/asm/word-at-a-time.h
+ * for those.
+ */
+
+#include <linux/kernel.h>
+
+struct word_at_a_time {
+       const unsigned long high_bits, low_bits;
+};
+
+#define WORD_AT_A_TIME_CONSTANTS { REPEAT_BYTE(0xfe) + 1, REPEAT_BYTE(0x7f) }
+
+/* Bit set in the bytes that have a zero */
+static inline long prep_zero_mask(unsigned long val, unsigned long rhs, const struct word_at_a_time *c)
+{
+       unsigned long mask = (val & c->low_bits) + c->low_bits;
+       return ~(mask | rhs);
+}
+
+#define create_zero_mask(mask) (mask)
+
+static inline long find_zero(unsigned long mask)
+{
+       long byte = 0;
+#ifdef CONFIG_64BIT
+       if (mask >> 32)
+               mask >>= 32;
+       else
+               byte = 4;
+#endif
+       if (mask >> 16)
+               mask >>= 16;
+       else
+               byte += 2;
+       return (mask >> 8) ? byte : byte + 1;
+}
+
+static inline bool has_zero(unsigned long val, unsigned long *data, const struct word_at_a_time *c)
+{
+       unsigned long rhs = val | c->low_bits;
+       *data = rhs;
+       return (val + c->high_bits) & ~rhs;
+}
+
+#endif /* _ASM_WORD_AT_A_TIME_H */
index c4c09b0..bb2b201 100644 (file)
@@ -4,37 +4,7 @@
 #include <linux/errno.h>
 
 #include <asm/byteorder.h>
-
-static inline long find_zero(unsigned long mask)
-{
-       long byte = 0;
-
-#ifdef __BIG_ENDIAN
-#ifdef CONFIG_64BIT
-       if (mask >> 32)
-               mask >>= 32;
-       else
-               byte = 4;
-#endif
-       if (mask >> 16)
-               mask >>= 16;
-       else
-               byte += 2;
-       return (mask >> 8) ? byte : byte + 1;
-#else
-#ifdef CONFIG_64BIT
-       if (!((unsigned int) mask)) {
-               mask >>= 32;
-               byte = 4;
-       }
-#endif
-       if (!(mask & 0xffff)) {
-               mask >>= 16;
-               byte += 2;
-       }
-       return (mask & 0xff) ? byte : byte + 1;
-#endif
-}
+#include <asm/word-at-a-time.h>
 
 #ifdef CONFIG_HAVE_EFFICIENT_UNALIGNED_ACCESS
 #define IS_UNALIGNED(src, dst) 0
@@ -51,8 +21,7 @@ static inline long find_zero(unsigned long mask)
  */
 static inline long do_strncpy_from_user(char *dst, const char __user *src, long count, unsigned long max)
 {
-       const unsigned long high_bits = REPEAT_BYTE(0xfe) + 1;
-       const unsigned long low_bits = REPEAT_BYTE(0x7f);
+       const struct word_at_a_time constants = WORD_AT_A_TIME_CONSTANTS;
        long res = 0;
 
        /*
@@ -66,18 +35,16 @@ static inline long do_strncpy_from_user(char *dst, const char __user *src, long
                goto byte_at_a_time;
 
        while (max >= sizeof(unsigned long)) {
-               unsigned long c, v, rhs;
+               unsigned long c, data;
 
                /* Fall back to byte-at-a-time if we get a page fault */
                if (unlikely(__get_user(c,(unsigned long __user *)(src+res))))
                        break;
-               rhs = c | low_bits;
-               v = (c + high_bits) & ~rhs;
                *(unsigned long *)(dst+res) = c;
-               if (v) {
-                       v = (c & low_bits) + low_bits;
-                       v = ~(v | rhs);
-                       return res + find_zero(v);
+               if (has_zero(c, &data, &constants)) {
+                       data = prep_zero_mask(c, data, &constants);
+                       data = create_zero_mask(data);
+                       return res + find_zero(data);
                }
                res += sizeof(unsigned long);
                max -= sizeof(unsigned long);