Linux 6.9-rc1
[linux-2.6-microblaze.git] / include / linux / xarray.h
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+ */
2 #ifndef _LINUX_XARRAY_H
3 #define _LINUX_XARRAY_H
4 /*
5  * eXtensible Arrays
6  * Copyright (c) 2017 Microsoft Corporation
7  * Author: Matthew Wilcox <willy@infradead.org>
8  *
9  * See Documentation/core-api/xarray.rst for how to use the XArray.
10  */
11
12 #include <linux/bitmap.h>
13 #include <linux/bug.h>
14 #include <linux/compiler.h>
15 #include <linux/gfp.h>
16 #include <linux/kconfig.h>
17 #include <linux/kernel.h>
18 #include <linux/rcupdate.h>
19 #include <linux/sched/mm.h>
20 #include <linux/spinlock.h>
21 #include <linux/types.h>
22
23 /*
24  * The bottom two bits of the entry determine how the XArray interprets
25  * the contents:
26  *
27  * 00: Pointer entry
28  * 10: Internal entry
29  * x1: Value entry or tagged pointer
30  *
31  * Attempting to store internal entries in the XArray is a bug.
32  *
33  * Most internal entries are pointers to the next node in the tree.
34  * The following internal entries have a special meaning:
35  *
36  * 0-62: Sibling entries
37  * 256: Retry entry
38  * 257: Zero entry
39  *
40  * Errors are also represented as internal entries, but use the negative
41  * space (-4094 to -2).  They're never stored in the slots array; only
42  * returned by the normal API.
43  */
44
45 #define BITS_PER_XA_VALUE       (BITS_PER_LONG - 1)
46
47 /**
48  * xa_mk_value() - Create an XArray entry from an integer.
49  * @v: Value to store in XArray.
50  *
51  * Context: Any context.
52  * Return: An entry suitable for storing in the XArray.
53  */
54 static inline void *xa_mk_value(unsigned long v)
55 {
56         WARN_ON((long)v < 0);
57         return (void *)((v << 1) | 1);
58 }
59
60 /**
61  * xa_to_value() - Get value stored in an XArray entry.
62  * @entry: XArray entry.
63  *
64  * Context: Any context.
65  * Return: The value stored in the XArray entry.
66  */
67 static inline unsigned long xa_to_value(const void *entry)
68 {
69         return (unsigned long)entry >> 1;
70 }
71
72 /**
73  * xa_is_value() - Determine if an entry is a value.
74  * @entry: XArray entry.
75  *
76  * Context: Any context.
77  * Return: True if the entry is a value, false if it is a pointer.
78  */
79 static inline bool xa_is_value(const void *entry)
80 {
81         return (unsigned long)entry & 1;
82 }
83
84 /**
85  * xa_tag_pointer() - Create an XArray entry for a tagged pointer.
86  * @p: Plain pointer.
87  * @tag: Tag value (0, 1 or 3).
88  *
89  * If the user of the XArray prefers, they can tag their pointers instead
90  * of storing value entries.  Three tags are available (0, 1 and 3).
91  * These are distinct from the xa_mark_t as they are not replicated up
92  * through the array and cannot be searched for.
93  *
94  * Context: Any context.
95  * Return: An XArray entry.
96  */
97 static inline void *xa_tag_pointer(void *p, unsigned long tag)
98 {
99         return (void *)((unsigned long)p | tag);
100 }
101
102 /**
103  * xa_untag_pointer() - Turn an XArray entry into a plain pointer.
104  * @entry: XArray entry.
105  *
106  * If you have stored a tagged pointer in the XArray, call this function
107  * to get the untagged version of the pointer.
108  *
109  * Context: Any context.
110  * Return: A pointer.
111  */
112 static inline void *xa_untag_pointer(void *entry)
113 {
114         return (void *)((unsigned long)entry & ~3UL);
115 }
116
117 /**
118  * xa_pointer_tag() - Get the tag stored in an XArray entry.
119  * @entry: XArray entry.
120  *
121  * If you have stored a tagged pointer in the XArray, call this function
122  * to get the tag of that pointer.
123  *
124  * Context: Any context.
125  * Return: A tag.
126  */
127 static inline unsigned int xa_pointer_tag(void *entry)
128 {
129         return (unsigned long)entry & 3UL;
130 }
131
132 /*
133  * xa_mk_internal() - Create an internal entry.
134  * @v: Value to turn into an internal entry.
135  *
136  * Internal entries are used for a number of purposes.  Entries 0-255 are
137  * used for sibling entries (only 0-62 are used by the current code).  256
138  * is used for the retry entry.  257 is used for the reserved / zero entry.
139  * Negative internal entries are used to represent errnos.  Node pointers
140  * are also tagged as internal entries in some situations.
141  *
142  * Context: Any context.
143  * Return: An XArray internal entry corresponding to this value.
144  */
145 static inline void *xa_mk_internal(unsigned long v)
146 {
147         return (void *)((v << 2) | 2);
148 }
149
150 /*
151  * xa_to_internal() - Extract the value from an internal entry.
152  * @entry: XArray entry.
153  *
154  * Context: Any context.
155  * Return: The value which was stored in the internal entry.
156  */
157 static inline unsigned long xa_to_internal(const void *entry)
158 {
159         return (unsigned long)entry >> 2;
160 }
161
162 /*
163  * xa_is_internal() - Is the entry an internal entry?
164  * @entry: XArray entry.
165  *
166  * Context: Any context.
167  * Return: %true if the entry is an internal entry.
168  */
169 static inline bool xa_is_internal(const void *entry)
170 {
171         return ((unsigned long)entry & 3) == 2;
172 }
173
174 #define XA_ZERO_ENTRY           xa_mk_internal(257)
175
176 /**
177  * xa_is_zero() - Is the entry a zero entry?
178  * @entry: Entry retrieved from the XArray
179  *
180  * The normal API will return NULL as the contents of a slot containing
181  * a zero entry.  You can only see zero entries by using the advanced API.
182  *
183  * Return: %true if the entry is a zero entry.
184  */
185 static inline bool xa_is_zero(const void *entry)
186 {
187         return unlikely(entry == XA_ZERO_ENTRY);
188 }
189
190 /**
191  * xa_is_err() - Report whether an XArray operation returned an error
192  * @entry: Result from calling an XArray function
193  *
194  * If an XArray operation cannot complete an operation, it will return
195  * a special value indicating an error.  This function tells you
196  * whether an error occurred; xa_err() tells you which error occurred.
197  *
198  * Context: Any context.
199  * Return: %true if the entry indicates an error.
200  */
201 static inline bool xa_is_err(const void *entry)
202 {
203         return unlikely(xa_is_internal(entry) &&
204                         entry >= xa_mk_internal(-MAX_ERRNO));
205 }
206
207 /**
208  * xa_err() - Turn an XArray result into an errno.
209  * @entry: Result from calling an XArray function.
210  *
211  * If an XArray operation cannot complete an operation, it will return
212  * a special pointer value which encodes an errno.  This function extracts
213  * the errno from the pointer value, or returns 0 if the pointer does not
214  * represent an errno.
215  *
216  * Context: Any context.
217  * Return: A negative errno or 0.
218  */
219 static inline int xa_err(void *entry)
220 {
221         /* xa_to_internal() would not do sign extension. */
222         if (xa_is_err(entry))
223                 return (long)entry >> 2;
224         return 0;
225 }
226
227 /**
228  * struct xa_limit - Represents a range of IDs.
229  * @min: The lowest ID to allocate (inclusive).
230  * @max: The maximum ID to allocate (inclusive).
231  *
232  * This structure is used either directly or via the XA_LIMIT() macro
233  * to communicate the range of IDs that are valid for allocation.
234  * Three common ranges are predefined for you:
235  * * xa_limit_32b       - [0 - UINT_MAX]
236  * * xa_limit_31b       - [0 - INT_MAX]
237  * * xa_limit_16b       - [0 - USHRT_MAX]
238  */
239 struct xa_limit {
240         u32 max;
241         u32 min;
242 };
243
244 #define XA_LIMIT(_min, _max) (struct xa_limit) { .min = _min, .max = _max }
245
246 #define xa_limit_32b    XA_LIMIT(0, UINT_MAX)
247 #define xa_limit_31b    XA_LIMIT(0, INT_MAX)
248 #define xa_limit_16b    XA_LIMIT(0, USHRT_MAX)
249
250 typedef unsigned __bitwise xa_mark_t;
251 #define XA_MARK_0               ((__force xa_mark_t)0U)
252 #define XA_MARK_1               ((__force xa_mark_t)1U)
253 #define XA_MARK_2               ((__force xa_mark_t)2U)
254 #define XA_PRESENT              ((__force xa_mark_t)8U)
255 #define XA_MARK_MAX             XA_MARK_2
256 #define XA_FREE_MARK            XA_MARK_0
257
258 enum xa_lock_type {
259         XA_LOCK_IRQ = 1,
260         XA_LOCK_BH = 2,
261 };
262
263 /*
264  * Values for xa_flags.  The radix tree stores its GFP flags in the xa_flags,
265  * and we remain compatible with that.
266  */
267 #define XA_FLAGS_LOCK_IRQ       ((__force gfp_t)XA_LOCK_IRQ)
268 #define XA_FLAGS_LOCK_BH        ((__force gfp_t)XA_LOCK_BH)
269 #define XA_FLAGS_TRACK_FREE     ((__force gfp_t)4U)
270 #define XA_FLAGS_ZERO_BUSY      ((__force gfp_t)8U)
271 #define XA_FLAGS_ALLOC_WRAPPED  ((__force gfp_t)16U)
272 #define XA_FLAGS_ACCOUNT        ((__force gfp_t)32U)
273 #define XA_FLAGS_MARK(mark)     ((__force gfp_t)((1U << __GFP_BITS_SHIFT) << \
274                                                 (__force unsigned)(mark)))
275
276 /* ALLOC is for a normal 0-based alloc.  ALLOC1 is for an 1-based alloc */
277 #define XA_FLAGS_ALLOC  (XA_FLAGS_TRACK_FREE | XA_FLAGS_MARK(XA_FREE_MARK))
278 #define XA_FLAGS_ALLOC1 (XA_FLAGS_TRACK_FREE | XA_FLAGS_ZERO_BUSY)
279
280 /**
281  * struct xarray - The anchor of the XArray.
282  * @xa_lock: Lock that protects the contents of the XArray.
283  *
284  * To use the xarray, define it statically or embed it in your data structure.
285  * It is a very small data structure, so it does not usually make sense to
286  * allocate it separately and keep a pointer to it in your data structure.
287  *
288  * You may use the xa_lock to protect your own data structures as well.
289  */
290 /*
291  * If all of the entries in the array are NULL, @xa_head is a NULL pointer.
292  * If the only non-NULL entry in the array is at index 0, @xa_head is that
293  * entry.  If any other entry in the array is non-NULL, @xa_head points
294  * to an @xa_node.
295  */
296 struct xarray {
297         spinlock_t      xa_lock;
298 /* private: The rest of the data structure is not to be used directly. */
299         gfp_t           xa_flags;
300         void __rcu *    xa_head;
301 };
302
303 #define XARRAY_INIT(name, flags) {                              \
304         .xa_lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(name.xa_lock),          \
305         .xa_flags = flags,                                      \
306         .xa_head = NULL,                                        \
307 }
308
309 /**
310  * DEFINE_XARRAY_FLAGS() - Define an XArray with custom flags.
311  * @name: A string that names your XArray.
312  * @flags: XA_FLAG values.
313  *
314  * This is intended for file scope definitions of XArrays.  It declares
315  * and initialises an empty XArray with the chosen name and flags.  It is
316  * equivalent to calling xa_init_flags() on the array, but it does the
317  * initialisation at compiletime instead of runtime.
318  */
319 #define DEFINE_XARRAY_FLAGS(name, flags)                                \
320         struct xarray name = XARRAY_INIT(name, flags)
321
322 /**
323  * DEFINE_XARRAY() - Define an XArray.
324  * @name: A string that names your XArray.
325  *
326  * This is intended for file scope definitions of XArrays.  It declares
327  * and initialises an empty XArray with the chosen name.  It is equivalent
328  * to calling xa_init() on the array, but it does the initialisation at
329  * compiletime instead of runtime.
330  */
331 #define DEFINE_XARRAY(name) DEFINE_XARRAY_FLAGS(name, 0)
332
333 /**
334  * DEFINE_XARRAY_ALLOC() - Define an XArray which allocates IDs starting at 0.
335  * @name: A string that names your XArray.
336  *
337  * This is intended for file scope definitions of allocating XArrays.
338  * See also DEFINE_XARRAY().
339  */
340 #define DEFINE_XARRAY_ALLOC(name) DEFINE_XARRAY_FLAGS(name, XA_FLAGS_ALLOC)
341
342 /**
343  * DEFINE_XARRAY_ALLOC1() - Define an XArray which allocates IDs starting at 1.
344  * @name: A string that names your XArray.
345  *
346  * This is intended for file scope definitions of allocating XArrays.
347  * See also DEFINE_XARRAY().
348  */
349 #define DEFINE_XARRAY_ALLOC1(name) DEFINE_XARRAY_FLAGS(name, XA_FLAGS_ALLOC1)
350
351 void *xa_load(struct xarray *, unsigned long index);
352 void *xa_store(struct xarray *, unsigned long index, void *entry, gfp_t);
353 void *xa_erase(struct xarray *, unsigned long index);
354 void *xa_store_range(struct xarray *, unsigned long first, unsigned long last,
355                         void *entry, gfp_t);
356 bool xa_get_mark(struct xarray *, unsigned long index, xa_mark_t);
357 void xa_set_mark(struct xarray *, unsigned long index, xa_mark_t);
358 void xa_clear_mark(struct xarray *, unsigned long index, xa_mark_t);
359 void *xa_find(struct xarray *xa, unsigned long *index,
360                 unsigned long max, xa_mark_t) __attribute__((nonnull(2)));
361 void *xa_find_after(struct xarray *xa, unsigned long *index,
362                 unsigned long max, xa_mark_t) __attribute__((nonnull(2)));
363 unsigned int xa_extract(struct xarray *, void **dst, unsigned long start,
364                 unsigned long max, unsigned int n, xa_mark_t);
365 void xa_destroy(struct xarray *);
366
367 /**
368  * xa_init_flags() - Initialise an empty XArray with flags.
369  * @xa: XArray.
370  * @flags: XA_FLAG values.
371  *
372  * If you need to initialise an XArray with special flags (eg you need
373  * to take the lock from interrupt context), use this function instead
374  * of xa_init().
375  *
376  * Context: Any context.
377  */
378 static inline void xa_init_flags(struct xarray *xa, gfp_t flags)
379 {
380         spin_lock_init(&xa->xa_lock);
381         xa->xa_flags = flags;
382         xa->xa_head = NULL;
383 }
384
385 /**
386  * xa_init() - Initialise an empty XArray.
387  * @xa: XArray.
388  *
389  * An empty XArray is full of NULL entries.
390  *
391  * Context: Any context.
392  */
393 static inline void xa_init(struct xarray *xa)
394 {
395         xa_init_flags(xa, 0);
396 }
397
398 /**
399  * xa_empty() - Determine if an array has any present entries.
400  * @xa: XArray.
401  *
402  * Context: Any context.
403  * Return: %true if the array contains only NULL pointers.
404  */
405 static inline bool xa_empty(const struct xarray *xa)
406 {
407         return xa->xa_head == NULL;
408 }
409
410 /**
411  * xa_marked() - Inquire whether any entry in this array has a mark set
412  * @xa: Array
413  * @mark: Mark value
414  *
415  * Context: Any context.
416  * Return: %true if any entry has this mark set.
417  */
418 static inline bool xa_marked(const struct xarray *xa, xa_mark_t mark)
419 {
420         return xa->xa_flags & XA_FLAGS_MARK(mark);
421 }
422
423 /**
424  * xa_for_each_range() - Iterate over a portion of an XArray.
425  * @xa: XArray.
426  * @index: Index of @entry.
427  * @entry: Entry retrieved from array.
428  * @start: First index to retrieve from array.
429  * @last: Last index to retrieve from array.
430  *
431  * During the iteration, @entry will have the value of the entry stored
432  * in @xa at @index.  You may modify @index during the iteration if you
433  * want to skip or reprocess indices.  It is safe to modify the array
434  * during the iteration.  At the end of the iteration, @entry will be set
435  * to NULL and @index will have a value less than or equal to max.
436  *
437  * xa_for_each_range() is O(n.log(n)) while xas_for_each() is O(n).  You have
438  * to handle your own locking with xas_for_each(), and if you have to unlock
439  * after each iteration, it will also end up being O(n.log(n)).
440  * xa_for_each_range() will spin if it hits a retry entry; if you intend to
441  * see retry entries, you should use the xas_for_each() iterator instead.
442  * The xas_for_each() iterator will expand into more inline code than
443  * xa_for_each_range().
444  *
445  * Context: Any context.  Takes and releases the RCU lock.
446  */
447 #define xa_for_each_range(xa, index, entry, start, last)                \
448         for (index = start,                                             \
449              entry = xa_find(xa, &index, last, XA_PRESENT);             \
450              entry;                                                     \
451              entry = xa_find_after(xa, &index, last, XA_PRESENT))
452
453 /**
454  * xa_for_each_start() - Iterate over a portion of an XArray.
455  * @xa: XArray.
456  * @index: Index of @entry.
457  * @entry: Entry retrieved from array.
458  * @start: First index to retrieve from array.
459  *
460  * During the iteration, @entry will have the value of the entry stored
461  * in @xa at @index.  You may modify @index during the iteration if you
462  * want to skip or reprocess indices.  It is safe to modify the array
463  * during the iteration.  At the end of the iteration, @entry will be set
464  * to NULL and @index will have a value less than or equal to max.
465  *
466  * xa_for_each_start() is O(n.log(n)) while xas_for_each() is O(n).  You have
467  * to handle your own locking with xas_for_each(), and if you have to unlock
468  * after each iteration, it will also end up being O(n.log(n)).
469  * xa_for_each_start() will spin if it hits a retry entry; if you intend to
470  * see retry entries, you should use the xas_for_each() iterator instead.
471  * The xas_for_each() iterator will expand into more inline code than
472  * xa_for_each_start().
473  *
474  * Context: Any context.  Takes and releases the RCU lock.
475  */
476 #define xa_for_each_start(xa, index, entry, start) \
477         xa_for_each_range(xa, index, entry, start, ULONG_MAX)
478
479 /**
480  * xa_for_each() - Iterate over present entries in an XArray.
481  * @xa: XArray.
482  * @index: Index of @entry.
483  * @entry: Entry retrieved from array.
484  *
485  * During the iteration, @entry will have the value of the entry stored
486  * in @xa at @index.  You may modify @index during the iteration if you want
487  * to skip or reprocess indices.  It is safe to modify the array during the
488  * iteration.  At the end of the iteration, @entry will be set to NULL and
489  * @index will have a value less than or equal to max.
490  *
491  * xa_for_each() is O(n.log(n)) while xas_for_each() is O(n).  You have
492  * to handle your own locking with xas_for_each(), and if you have to unlock
493  * after each iteration, it will also end up being O(n.log(n)).  xa_for_each()
494  * will spin if it hits a retry entry; if you intend to see retry entries,
495  * you should use the xas_for_each() iterator instead.  The xas_for_each()
496  * iterator will expand into more inline code than xa_for_each().
497  *
498  * Context: Any context.  Takes and releases the RCU lock.
499  */
500 #define xa_for_each(xa, index, entry) \
501         xa_for_each_start(xa, index, entry, 0)
502
503 /**
504  * xa_for_each_marked() - Iterate over marked entries in an XArray.
505  * @xa: XArray.
506  * @index: Index of @entry.
507  * @entry: Entry retrieved from array.
508  * @filter: Selection criterion.
509  *
510  * During the iteration, @entry will have the value of the entry stored
511  * in @xa at @index.  The iteration will skip all entries in the array
512  * which do not match @filter.  You may modify @index during the iteration
513  * if you want to skip or reprocess indices.  It is safe to modify the array
514  * during the iteration.  At the end of the iteration, @entry will be set to
515  * NULL and @index will have a value less than or equal to max.
516  *
517  * xa_for_each_marked() is O(n.log(n)) while xas_for_each_marked() is O(n).
518  * You have to handle your own locking with xas_for_each(), and if you have
519  * to unlock after each iteration, it will also end up being O(n.log(n)).
520  * xa_for_each_marked() will spin if it hits a retry entry; if you intend to
521  * see retry entries, you should use the xas_for_each_marked() iterator
522  * instead.  The xas_for_each_marked() iterator will expand into more inline
523  * code than xa_for_each_marked().
524  *
525  * Context: Any context.  Takes and releases the RCU lock.
526  */
527 #define xa_for_each_marked(xa, index, entry, filter) \
528         for (index = 0, entry = xa_find(xa, &index, ULONG_MAX, filter); \
529              entry; entry = xa_find_after(xa, &index, ULONG_MAX, filter))
530
531 #define xa_trylock(xa)          spin_trylock(&(xa)->xa_lock)
532 #define xa_lock(xa)             spin_lock(&(xa)->xa_lock)
533 #define xa_unlock(xa)           spin_unlock(&(xa)->xa_lock)
534 #define xa_lock_bh(xa)          spin_lock_bh(&(xa)->xa_lock)
535 #define xa_unlock_bh(xa)        spin_unlock_bh(&(xa)->xa_lock)
536 #define xa_lock_irq(xa)         spin_lock_irq(&(xa)->xa_lock)
537 #define xa_unlock_irq(xa)       spin_unlock_irq(&(xa)->xa_lock)
538 #define xa_lock_irqsave(xa, flags) \
539                                 spin_lock_irqsave(&(xa)->xa_lock, flags)
540 #define xa_unlock_irqrestore(xa, flags) \
541                                 spin_unlock_irqrestore(&(xa)->xa_lock, flags)
542 #define xa_lock_nested(xa, subclass) \
543                                 spin_lock_nested(&(xa)->xa_lock, subclass)
544 #define xa_lock_bh_nested(xa, subclass) \
545                                 spin_lock_bh_nested(&(xa)->xa_lock, subclass)
546 #define xa_lock_irq_nested(xa, subclass) \
547                                 spin_lock_irq_nested(&(xa)->xa_lock, subclass)
548 #define xa_lock_irqsave_nested(xa, flags, subclass) \
549                 spin_lock_irqsave_nested(&(xa)->xa_lock, flags, subclass)
550
551 /*
552  * Versions of the normal API which require the caller to hold the
553  * xa_lock.  If the GFP flags allow it, they will drop the lock to
554  * allocate memory, then reacquire it afterwards.  These functions
555  * may also re-enable interrupts if the XArray flags indicate the
556  * locking should be interrupt safe.
557  */
558 void *__xa_erase(struct xarray *, unsigned long index);
559 void *__xa_store(struct xarray *, unsigned long index, void *entry, gfp_t);
560 void *__xa_cmpxchg(struct xarray *, unsigned long index, void *old,
561                 void *entry, gfp_t);
562 int __must_check __xa_insert(struct xarray *, unsigned long index,
563                 void *entry, gfp_t);
564 int __must_check __xa_alloc(struct xarray *, u32 *id, void *entry,
565                 struct xa_limit, gfp_t);
566 int __must_check __xa_alloc_cyclic(struct xarray *, u32 *id, void *entry,
567                 struct xa_limit, u32 *next, gfp_t);
568 void __xa_set_mark(struct xarray *, unsigned long index, xa_mark_t);
569 void __xa_clear_mark(struct xarray *, unsigned long index, xa_mark_t);
570
571 /**
572  * xa_store_bh() - Store this entry in the XArray.
573  * @xa: XArray.
574  * @index: Index into array.
575  * @entry: New entry.
576  * @gfp: Memory allocation flags.
577  *
578  * This function is like calling xa_store() except it disables softirqs
579  * while holding the array lock.
580  *
581  * Context: Any context.  Takes and releases the xa_lock while
582  * disabling softirqs.
583  * Return: The old entry at this index or xa_err() if an error happened.
584  */
585 static inline void *xa_store_bh(struct xarray *xa, unsigned long index,
586                 void *entry, gfp_t gfp)
587 {
588         void *curr;
589
590         might_alloc(gfp);
591         xa_lock_bh(xa);
592         curr = __xa_store(xa, index, entry, gfp);
593         xa_unlock_bh(xa);
594
595         return curr;
596 }
597
598 /**
599  * xa_store_irq() - Store this entry in the XArray.
600  * @xa: XArray.
601  * @index: Index into array.
602  * @entry: New entry.
603  * @gfp: Memory allocation flags.
604  *
605  * This function is like calling xa_store() except it disables interrupts
606  * while holding the array lock.
607  *
608  * Context: Process context.  Takes and releases the xa_lock while
609  * disabling interrupts.
610  * Return: The old entry at this index or xa_err() if an error happened.
611  */
612 static inline void *xa_store_irq(struct xarray *xa, unsigned long index,
613                 void *entry, gfp_t gfp)
614 {
615         void *curr;
616
617         might_alloc(gfp);
618         xa_lock_irq(xa);
619         curr = __xa_store(xa, index, entry, gfp);
620         xa_unlock_irq(xa);
621
622         return curr;
623 }
624
625 /**
626  * xa_erase_bh() - Erase this entry from the XArray.
627  * @xa: XArray.
628  * @index: Index of entry.
629  *
630  * After this function returns, loading from @index will return %NULL.
631  * If the index is part of a multi-index entry, all indices will be erased
632  * and none of the entries will be part of a multi-index entry.
633  *
634  * Context: Any context.  Takes and releases the xa_lock while
635  * disabling softirqs.
636  * Return: The entry which used to be at this index.
637  */
638 static inline void *xa_erase_bh(struct xarray *xa, unsigned long index)
639 {
640         void *entry;
641
642         xa_lock_bh(xa);
643         entry = __xa_erase(xa, index);
644         xa_unlock_bh(xa);
645
646         return entry;
647 }
648
649 /**
650  * xa_erase_irq() - Erase this entry from the XArray.
651  * @xa: XArray.
652  * @index: Index of entry.
653  *
654  * After this function returns, loading from @index will return %NULL.
655  * If the index is part of a multi-index entry, all indices will be erased
656  * and none of the entries will be part of a multi-index entry.
657  *
658  * Context: Process context.  Takes and releases the xa_lock while
659  * disabling interrupts.
660  * Return: The entry which used to be at this index.
661  */
662 static inline void *xa_erase_irq(struct xarray *xa, unsigned long index)
663 {
664         void *entry;
665
666         xa_lock_irq(xa);
667         entry = __xa_erase(xa, index);
668         xa_unlock_irq(xa);
669
670         return entry;
671 }
672
673 /**
674  * xa_cmpxchg() - Conditionally replace an entry in the XArray.
675  * @xa: XArray.
676  * @index: Index into array.
677  * @old: Old value to test against.
678  * @entry: New value to place in array.
679  * @gfp: Memory allocation flags.
680  *
681  * If the entry at @index is the same as @old, replace it with @entry.
682  * If the return value is equal to @old, then the exchange was successful.
683  *
684  * Context: Any context.  Takes and releases the xa_lock.  May sleep
685  * if the @gfp flags permit.
686  * Return: The old value at this index or xa_err() if an error happened.
687  */
688 static inline void *xa_cmpxchg(struct xarray *xa, unsigned long index,
689                         void *old, void *entry, gfp_t gfp)
690 {
691         void *curr;
692
693         might_alloc(gfp);
694         xa_lock(xa);
695         curr = __xa_cmpxchg(xa, index, old, entry, gfp);
696         xa_unlock(xa);
697
698         return curr;
699 }
700
701 /**
702  * xa_cmpxchg_bh() - Conditionally replace an entry in the XArray.
703  * @xa: XArray.
704  * @index: Index into array.
705  * @old: Old value to test against.
706  * @entry: New value to place in array.
707  * @gfp: Memory allocation flags.
708  *
709  * This function is like calling xa_cmpxchg() except it disables softirqs
710  * while holding the array lock.
711  *
712  * Context: Any context.  Takes and releases the xa_lock while
713  * disabling softirqs.  May sleep if the @gfp flags permit.
714  * Return: The old value at this index or xa_err() if an error happened.
715  */
716 static inline void *xa_cmpxchg_bh(struct xarray *xa, unsigned long index,
717                         void *old, void *entry, gfp_t gfp)
718 {
719         void *curr;
720
721         might_alloc(gfp);
722         xa_lock_bh(xa);
723         curr = __xa_cmpxchg(xa, index, old, entry, gfp);
724         xa_unlock_bh(xa);
725
726         return curr;
727 }
728
729 /**
730  * xa_cmpxchg_irq() - Conditionally replace an entry in the XArray.
731  * @xa: XArray.
732  * @index: Index into array.
733  * @old: Old value to test against.
734  * @entry: New value to place in array.
735  * @gfp: Memory allocation flags.
736  *
737  * This function is like calling xa_cmpxchg() except it disables interrupts
738  * while holding the array lock.
739  *
740  * Context: Process context.  Takes and releases the xa_lock while
741  * disabling interrupts.  May sleep if the @gfp flags permit.
742  * Return: The old value at this index or xa_err() if an error happened.
743  */
744 static inline void *xa_cmpxchg_irq(struct xarray *xa, unsigned long index,
745                         void *old, void *entry, gfp_t gfp)
746 {
747         void *curr;
748
749         might_alloc(gfp);
750         xa_lock_irq(xa);
751         curr = __xa_cmpxchg(xa, index, old, entry, gfp);
752         xa_unlock_irq(xa);
753
754         return curr;
755 }
756
757 /**
758  * xa_insert() - Store this entry in the XArray unless another entry is
759  *                      already present.
760  * @xa: XArray.
761  * @index: Index into array.
762  * @entry: New entry.
763  * @gfp: Memory allocation flags.
764  *
765  * Inserting a NULL entry will store a reserved entry (like xa_reserve())
766  * if no entry is present.  Inserting will fail if a reserved entry is
767  * present, even though loading from this index will return NULL.
768  *
769  * Context: Any context.  Takes and releases the xa_lock.  May sleep if
770  * the @gfp flags permit.
771  * Return: 0 if the store succeeded.  -EBUSY if another entry was present.
772  * -ENOMEM if memory could not be allocated.
773  */
774 static inline int __must_check xa_insert(struct xarray *xa,
775                 unsigned long index, void *entry, gfp_t gfp)
776 {
777         int err;
778
779         might_alloc(gfp);
780         xa_lock(xa);
781         err = __xa_insert(xa, index, entry, gfp);
782         xa_unlock(xa);
783
784         return err;
785 }
786
787 /**
788  * xa_insert_bh() - Store this entry in the XArray unless another entry is
789  *                      already present.
790  * @xa: XArray.
791  * @index: Index into array.
792  * @entry: New entry.
793  * @gfp: Memory allocation flags.
794  *
795  * Inserting a NULL entry will store a reserved entry (like xa_reserve())
796  * if no entry is present.  Inserting will fail if a reserved entry is
797  * present, even though loading from this index will return NULL.
798  *
799  * Context: Any context.  Takes and releases the xa_lock while
800  * disabling softirqs.  May sleep if the @gfp flags permit.
801  * Return: 0 if the store succeeded.  -EBUSY if another entry was present.
802  * -ENOMEM if memory could not be allocated.
803  */
804 static inline int __must_check xa_insert_bh(struct xarray *xa,
805                 unsigned long index, void *entry, gfp_t gfp)
806 {
807         int err;
808
809         might_alloc(gfp);
810         xa_lock_bh(xa);
811         err = __xa_insert(xa, index, entry, gfp);
812         xa_unlock_bh(xa);
813
814         return err;
815 }
816
817 /**
818  * xa_insert_irq() - Store this entry in the XArray unless another entry is
819  *                      already present.
820  * @xa: XArray.
821  * @index: Index into array.
822  * @entry: New entry.
823  * @gfp: Memory allocation flags.
824  *
825  * Inserting a NULL entry will store a reserved entry (like xa_reserve())
826  * if no entry is present.  Inserting will fail if a reserved entry is
827  * present, even though loading from this index will return NULL.
828  *
829  * Context: Process context.  Takes and releases the xa_lock while
830  * disabling interrupts.  May sleep if the @gfp flags permit.
831  * Return: 0 if the store succeeded.  -EBUSY if another entry was present.
832  * -ENOMEM if memory could not be allocated.
833  */
834 static inline int __must_check xa_insert_irq(struct xarray *xa,
835                 unsigned long index, void *entry, gfp_t gfp)
836 {
837         int err;
838
839         might_alloc(gfp);
840         xa_lock_irq(xa);
841         err = __xa_insert(xa, index, entry, gfp);
842         xa_unlock_irq(xa);
843
844         return err;
845 }
846
847 /**
848  * xa_alloc() - Find somewhere to store this entry in the XArray.
849  * @xa: XArray.
850  * @id: Pointer to ID.
851  * @entry: New entry.
852  * @limit: Range of ID to allocate.
853  * @gfp: Memory allocation flags.
854  *
855  * Finds an empty entry in @xa between @limit.min and @limit.max,
856  * stores the index into the @id pointer, then stores the entry at
857  * that index.  A concurrent lookup will not see an uninitialised @id.
858  *
859  * Must only be operated on an xarray initialized with flag XA_FLAGS_ALLOC set
860  * in xa_init_flags().
861  *
862  * Context: Any context.  Takes and releases the xa_lock.  May sleep if
863  * the @gfp flags permit.
864  * Return: 0 on success, -ENOMEM if memory could not be allocated or
865  * -EBUSY if there are no free entries in @limit.
866  */
867 static inline __must_check int xa_alloc(struct xarray *xa, u32 *id,
868                 void *entry, struct xa_limit limit, gfp_t gfp)
869 {
870         int err;
871
872         might_alloc(gfp);
873         xa_lock(xa);
874         err = __xa_alloc(xa, id, entry, limit, gfp);
875         xa_unlock(xa);
876
877         return err;
878 }
879
880 /**
881  * xa_alloc_bh() - Find somewhere to store this entry in the XArray.
882  * @xa: XArray.
883  * @id: Pointer to ID.
884  * @entry: New entry.
885  * @limit: Range of ID to allocate.
886  * @gfp: Memory allocation flags.
887  *
888  * Finds an empty entry in @xa between @limit.min and @limit.max,
889  * stores the index into the @id pointer, then stores the entry at
890  * that index.  A concurrent lookup will not see an uninitialised @id.
891  *
892  * Must only be operated on an xarray initialized with flag XA_FLAGS_ALLOC set
893  * in xa_init_flags().
894  *
895  * Context: Any context.  Takes and releases the xa_lock while
896  * disabling softirqs.  May sleep if the @gfp flags permit.
897  * Return: 0 on success, -ENOMEM if memory could not be allocated or
898  * -EBUSY if there are no free entries in @limit.
899  */
900 static inline int __must_check xa_alloc_bh(struct xarray *xa, u32 *id,
901                 void *entry, struct xa_limit limit, gfp_t gfp)
902 {
903         int err;
904
905         might_alloc(gfp);
906         xa_lock_bh(xa);
907         err = __xa_alloc(xa, id, entry, limit, gfp);
908         xa_unlock_bh(xa);
909
910         return err;
911 }
912
913 /**
914  * xa_alloc_irq() - Find somewhere to store this entry in the XArray.
915  * @xa: XArray.
916  * @id: Pointer to ID.
917  * @entry: New entry.
918  * @limit: Range of ID to allocate.
919  * @gfp: Memory allocation flags.
920  *
921  * Finds an empty entry in @xa between @limit.min and @limit.max,
922  * stores the index into the @id pointer, then stores the entry at
923  * that index.  A concurrent lookup will not see an uninitialised @id.
924  *
925  * Must only be operated on an xarray initialized with flag XA_FLAGS_ALLOC set
926  * in xa_init_flags().
927  *
928  * Context: Process context.  Takes and releases the xa_lock while
929  * disabling interrupts.  May sleep if the @gfp flags permit.
930  * Return: 0 on success, -ENOMEM if memory could not be allocated or
931  * -EBUSY if there are no free entries in @limit.
932  */
933 static inline int __must_check xa_alloc_irq(struct xarray *xa, u32 *id,
934                 void *entry, struct xa_limit limit, gfp_t gfp)
935 {
936         int err;
937
938         might_alloc(gfp);
939         xa_lock_irq(xa);
940         err = __xa_alloc(xa, id, entry, limit, gfp);
941         xa_unlock_irq(xa);
942
943         return err;
944 }
945
946 /**
947  * xa_alloc_cyclic() - Find somewhere to store this entry in the XArray.
948  * @xa: XArray.
949  * @id: Pointer to ID.
950  * @entry: New entry.
951  * @limit: Range of allocated ID.
952  * @next: Pointer to next ID to allocate.
953  * @gfp: Memory allocation flags.
954  *
955  * Finds an empty entry in @xa between @limit.min and @limit.max,
956  * stores the index into the @id pointer, then stores the entry at
957  * that index.  A concurrent lookup will not see an uninitialised @id.
958  * The search for an empty entry will start at @next and will wrap
959  * around if necessary.
960  *
961  * Must only be operated on an xarray initialized with flag XA_FLAGS_ALLOC set
962  * in xa_init_flags().
963  *
964  * Context: Any context.  Takes and releases the xa_lock.  May sleep if
965  * the @gfp flags permit.
966  * Return: 0 if the allocation succeeded without wrapping.  1 if the
967  * allocation succeeded after wrapping, -ENOMEM if memory could not be
968  * allocated or -EBUSY if there are no free entries in @limit.
969  */
970 static inline int xa_alloc_cyclic(struct xarray *xa, u32 *id, void *entry,
971                 struct xa_limit limit, u32 *next, gfp_t gfp)
972 {
973         int err;
974
975         might_alloc(gfp);
976         xa_lock(xa);
977         err = __xa_alloc_cyclic(xa, id, entry, limit, next, gfp);
978         xa_unlock(xa);
979
980         return err;
981 }
982
983 /**
984  * xa_alloc_cyclic_bh() - Find somewhere to store this entry in the XArray.
985  * @xa: XArray.
986  * @id: Pointer to ID.
987  * @entry: New entry.
988  * @limit: Range of allocated ID.
989  * @next: Pointer to next ID to allocate.
990  * @gfp: Memory allocation flags.
991  *
992  * Finds an empty entry in @xa between @limit.min and @limit.max,
993  * stores the index into the @id pointer, then stores the entry at
994  * that index.  A concurrent lookup will not see an uninitialised @id.
995  * The search for an empty entry will start at @next and will wrap
996  * around if necessary.
997  *
998  * Must only be operated on an xarray initialized with flag XA_FLAGS_ALLOC set
999  * in xa_init_flags().
1000  *
1001  * Context: Any context.  Takes and releases the xa_lock while
1002  * disabling softirqs.  May sleep if the @gfp flags permit.
1003  * Return: 0 if the allocation succeeded without wrapping.  1 if the
1004  * allocation succeeded after wrapping, -ENOMEM if memory could not be
1005  * allocated or -EBUSY if there are no free entries in @limit.
1006  */
1007 static inline int xa_alloc_cyclic_bh(struct xarray *xa, u32 *id, void *entry,
1008                 struct xa_limit limit, u32 *next, gfp_t gfp)
1009 {
1010         int err;
1011
1012         might_alloc(gfp);
1013         xa_lock_bh(xa);
1014         err = __xa_alloc_cyclic(xa, id, entry, limit, next, gfp);
1015         xa_unlock_bh(xa);
1016
1017         return err;
1018 }
1019
1020 /**
1021  * xa_alloc_cyclic_irq() - Find somewhere to store this entry in the XArray.
1022  * @xa: XArray.
1023  * @id: Pointer to ID.
1024  * @entry: New entry.
1025  * @limit: Range of allocated ID.
1026  * @next: Pointer to next ID to allocate.
1027  * @gfp: Memory allocation flags.
1028  *
1029  * Finds an empty entry in @xa between @limit.min and @limit.max,
1030  * stores the index into the @id pointer, then stores the entry at
1031  * that index.  A concurrent lookup will not see an uninitialised @id.
1032  * The search for an empty entry will start at @next and will wrap
1033  * around if necessary.
1034  *
1035  * Must only be operated on an xarray initialized with flag XA_FLAGS_ALLOC set
1036  * in xa_init_flags().
1037  *
1038  * Context: Process context.  Takes and releases the xa_lock while
1039  * disabling interrupts.  May sleep if the @gfp flags permit.
1040  * Return: 0 if the allocation succeeded without wrapping.  1 if the
1041  * allocation succeeded after wrapping, -ENOMEM if memory could not be
1042  * allocated or -EBUSY if there are no free entries in @limit.
1043  */
1044 static inline int xa_alloc_cyclic_irq(struct xarray *xa, u32 *id, void *entry,
1045                 struct xa_limit limit, u32 *next, gfp_t gfp)
1046 {
1047         int err;
1048
1049         might_alloc(gfp);
1050         xa_lock_irq(xa);
1051         err = __xa_alloc_cyclic(xa, id, entry, limit, next, gfp);
1052         xa_unlock_irq(xa);
1053
1054         return err;
1055 }
1056
1057 /**
1058  * xa_reserve() - Reserve this index in the XArray.
1059  * @xa: XArray.
1060  * @index: Index into array.
1061  * @gfp: Memory allocation flags.
1062  *
1063  * Ensures there is somewhere to store an entry at @index in the array.
1064  * If there is already something stored at @index, this function does
1065  * nothing.  If there was nothing there, the entry is marked as reserved.
1066  * Loading from a reserved entry returns a %NULL pointer.
1067  *
1068  * If you do not use the entry that you have reserved, call xa_release()
1069  * or xa_erase() to free any unnecessary memory.
1070  *
1071  * Context: Any context.  Takes and releases the xa_lock.
1072  * May sleep if the @gfp flags permit.
1073  * Return: 0 if the reservation succeeded or -ENOMEM if it failed.
1074  */
1075 static inline __must_check
1076 int xa_reserve(struct xarray *xa, unsigned long index, gfp_t gfp)
1077 {
1078         return xa_err(xa_cmpxchg(xa, index, NULL, XA_ZERO_ENTRY, gfp));
1079 }
1080
1081 /**
1082  * xa_reserve_bh() - Reserve this index in the XArray.
1083  * @xa: XArray.
1084  * @index: Index into array.
1085  * @gfp: Memory allocation flags.
1086  *
1087  * A softirq-disabling version of xa_reserve().
1088  *
1089  * Context: Any context.  Takes and releases the xa_lock while
1090  * disabling softirqs.
1091  * Return: 0 if the reservation succeeded or -ENOMEM if it failed.
1092  */
1093 static inline __must_check
1094 int xa_reserve_bh(struct xarray *xa, unsigned long index, gfp_t gfp)
1095 {
1096         return xa_err(xa_cmpxchg_bh(xa, index, NULL, XA_ZERO_ENTRY, gfp));
1097 }
1098
1099 /**
1100  * xa_reserve_irq() - Reserve this index in the XArray.
1101  * @xa: XArray.
1102  * @index: Index into array.
1103  * @gfp: Memory allocation flags.
1104  *
1105  * An interrupt-disabling version of xa_reserve().
1106  *
1107  * Context: Process context.  Takes and releases the xa_lock while
1108  * disabling interrupts.
1109  * Return: 0 if the reservation succeeded or -ENOMEM if it failed.
1110  */
1111 static inline __must_check
1112 int xa_reserve_irq(struct xarray *xa, unsigned long index, gfp_t gfp)
1113 {
1114         return xa_err(xa_cmpxchg_irq(xa, index, NULL, XA_ZERO_ENTRY, gfp));
1115 }
1116
1117 /**
1118  * xa_release() - Release a reserved entry.
1119  * @xa: XArray.
1120  * @index: Index of entry.
1121  *
1122  * After calling xa_reserve(), you can call this function to release the
1123  * reservation.  If the entry at @index has been stored to, this function
1124  * will do nothing.
1125  */
1126 static inline void xa_release(struct xarray *xa, unsigned long index)
1127 {
1128         xa_cmpxchg(xa, index, XA_ZERO_ENTRY, NULL, 0);
1129 }
1130
1131 /* Everything below here is the Advanced API.  Proceed with caution. */
1132
1133 /*
1134  * The xarray is constructed out of a set of 'chunks' of pointers.  Choosing
1135  * the best chunk size requires some tradeoffs.  A power of two recommends
1136  * itself so that we can walk the tree based purely on shifts and masks.
1137  * Generally, the larger the better; as the number of slots per level of the
1138  * tree increases, the less tall the tree needs to be.  But that needs to be
1139  * balanced against the memory consumption of each node.  On a 64-bit system,
1140  * xa_node is currently 576 bytes, and we get 7 of them per 4kB page.  If we
1141  * doubled the number of slots per node, we'd get only 3 nodes per 4kB page.
1142  */
1143 #ifndef XA_CHUNK_SHIFT
1144 #define XA_CHUNK_SHIFT          (CONFIG_BASE_SMALL ? 4 : 6)
1145 #endif
1146 #define XA_CHUNK_SIZE           (1UL << XA_CHUNK_SHIFT)
1147 #define XA_CHUNK_MASK           (XA_CHUNK_SIZE - 1)
1148 #define XA_MAX_MARKS            3
1149 #define XA_MARK_LONGS           DIV_ROUND_UP(XA_CHUNK_SIZE, BITS_PER_LONG)
1150
1151 /*
1152  * @count is the count of every non-NULL element in the ->slots array
1153  * whether that is a value entry, a retry entry, a user pointer,
1154  * a sibling entry or a pointer to the next level of the tree.
1155  * @nr_values is the count of every element in ->slots which is
1156  * either a value entry or a sibling of a value entry.
1157  */
1158 struct xa_node {
1159         unsigned char   shift;          /* Bits remaining in each slot */
1160         unsigned char   offset;         /* Slot offset in parent */
1161         unsigned char   count;          /* Total entry count */
1162         unsigned char   nr_values;      /* Value entry count */
1163         struct xa_node __rcu *parent;   /* NULL at top of tree */
1164         struct xarray   *array;         /* The array we belong to */
1165         union {
1166                 struct list_head private_list;  /* For tree user */
1167                 struct rcu_head rcu_head;       /* Used when freeing node */
1168         };
1169         void __rcu      *slots[XA_CHUNK_SIZE];
1170         union {
1171                 unsigned long   tags[XA_MAX_MARKS][XA_MARK_LONGS];
1172                 unsigned long   marks[XA_MAX_MARKS][XA_MARK_LONGS];
1173         };
1174 };
1175
1176 void xa_dump(const struct xarray *);
1177 void xa_dump_node(const struct xa_node *);
1178
1179 #ifdef XA_DEBUG
1180 #define XA_BUG_ON(xa, x) do {                                   \
1181                 if (x) {                                        \
1182                         xa_dump(xa);                            \
1183                         BUG();                                  \
1184                 }                                               \
1185         } while (0)
1186 #define XA_NODE_BUG_ON(node, x) do {                            \
1187                 if (x) {                                        \
1188                         if (node) xa_dump_node(node);           \
1189                         BUG();                                  \
1190                 }                                               \
1191         } while (0)
1192 #else
1193 #define XA_BUG_ON(xa, x)        do { } while (0)
1194 #define XA_NODE_BUG_ON(node, x) do { } while (0)
1195 #endif
1196
1197 /* Private */
1198 static inline void *xa_head(const struct xarray *xa)
1199 {
1200         return rcu_dereference_check(xa->xa_head,
1201                                                 lockdep_is_held(&xa->xa_lock));
1202 }
1203
1204 /* Private */
1205 static inline void *xa_head_locked(const struct xarray *xa)
1206 {
1207         return rcu_dereference_protected(xa->xa_head,
1208                                                 lockdep_is_held(&xa->xa_lock));
1209 }
1210
1211 /* Private */
1212 static inline void *xa_entry(const struct xarray *xa,
1213                                 const struct xa_node *node, unsigned int offset)
1214 {
1215         XA_NODE_BUG_ON(node, offset >= XA_CHUNK_SIZE);
1216         return rcu_dereference_check(node->slots[offset],
1217                                                 lockdep_is_held(&xa->xa_lock));
1218 }
1219
1220 /* Private */
1221 static inline void *xa_entry_locked(const struct xarray *xa,
1222                                 const struct xa_node *node, unsigned int offset)
1223 {
1224         XA_NODE_BUG_ON(node, offset >= XA_CHUNK_SIZE);
1225         return rcu_dereference_protected(node->slots[offset],
1226                                                 lockdep_is_held(&xa->xa_lock));
1227 }
1228
1229 /* Private */
1230 static inline struct xa_node *xa_parent(const struct xarray *xa,
1231                                         const struct xa_node *node)
1232 {
1233         return rcu_dereference_check(node->parent,
1234                                                 lockdep_is_held(&xa->xa_lock));
1235 }
1236
1237 /* Private */
1238 static inline struct xa_node *xa_parent_locked(const struct xarray *xa,
1239                                         const struct xa_node *node)
1240 {
1241         return rcu_dereference_protected(node->parent,
1242                                                 lockdep_is_held(&xa->xa_lock));
1243 }
1244
1245 /* Private */
1246 static inline void *xa_mk_node(const struct xa_node *node)
1247 {
1248         return (void *)((unsigned long)node | 2);
1249 }
1250
1251 /* Private */
1252 static inline struct xa_node *xa_to_node(const void *entry)
1253 {
1254         return (struct xa_node *)((unsigned long)entry - 2);
1255 }
1256
1257 /* Private */
1258 static inline bool xa_is_node(const void *entry)
1259 {
1260         return xa_is_internal(entry) && (unsigned long)entry > 4096;
1261 }
1262
1263 /* Private */
1264 static inline void *xa_mk_sibling(unsigned int offset)
1265 {
1266         return xa_mk_internal(offset);
1267 }
1268
1269 /* Private */
1270 static inline unsigned long xa_to_sibling(const void *entry)
1271 {
1272         return xa_to_internal(entry);
1273 }
1274
1275 /**
1276  * xa_is_sibling() - Is the entry a sibling entry?
1277  * @entry: Entry retrieved from the XArray
1278  *
1279  * Return: %true if the entry is a sibling entry.
1280  */
1281 static inline bool xa_is_sibling(const void *entry)
1282 {
1283         return IS_ENABLED(CONFIG_XARRAY_MULTI) && xa_is_internal(entry) &&
1284                 (entry < xa_mk_sibling(XA_CHUNK_SIZE - 1));
1285 }
1286
1287 #define XA_RETRY_ENTRY          xa_mk_internal(256)
1288
1289 /**
1290  * xa_is_retry() - Is the entry a retry entry?
1291  * @entry: Entry retrieved from the XArray
1292  *
1293  * Return: %true if the entry is a retry entry.
1294  */
1295 static inline bool xa_is_retry(const void *entry)
1296 {
1297         return unlikely(entry == XA_RETRY_ENTRY);
1298 }
1299
1300 /**
1301  * xa_is_advanced() - Is the entry only permitted for the advanced API?
1302  * @entry: Entry to be stored in the XArray.
1303  *
1304  * Return: %true if the entry cannot be stored by the normal API.
1305  */
1306 static inline bool xa_is_advanced(const void *entry)
1307 {
1308         return xa_is_internal(entry) && (entry <= XA_RETRY_ENTRY);
1309 }
1310
1311 /**
1312  * typedef xa_update_node_t - A callback function from the XArray.
1313  * @node: The node which is being processed
1314  *
1315  * This function is called every time the XArray updates the count of
1316  * present and value entries in a node.  It allows advanced users to
1317  * maintain the private_list in the node.
1318  *
1319  * Context: The xa_lock is held and interrupts may be disabled.
1320  *          Implementations should not drop the xa_lock, nor re-enable
1321  *          interrupts.
1322  */
1323 typedef void (*xa_update_node_t)(struct xa_node *node);
1324
1325 void xa_delete_node(struct xa_node *, xa_update_node_t);
1326
1327 /*
1328  * The xa_state is opaque to its users.  It contains various different pieces
1329  * of state involved in the current operation on the XArray.  It should be
1330  * declared on the stack and passed between the various internal routines.
1331  * The various elements in it should not be accessed directly, but only
1332  * through the provided accessor functions.  The below documentation is for
1333  * the benefit of those working on the code, not for users of the XArray.
1334  *
1335  * @xa_node usually points to the xa_node containing the slot we're operating
1336  * on (and @xa_offset is the offset in the slots array).  If there is a
1337  * single entry in the array at index 0, there are no allocated xa_nodes to
1338  * point to, and so we store %NULL in @xa_node.  @xa_node is set to
1339  * the value %XAS_RESTART if the xa_state is not walked to the correct
1340  * position in the tree of nodes for this operation.  If an error occurs
1341  * during an operation, it is set to an %XAS_ERROR value.  If we run off the
1342  * end of the allocated nodes, it is set to %XAS_BOUNDS.
1343  */
1344 struct xa_state {
1345         struct xarray *xa;
1346         unsigned long xa_index;
1347         unsigned char xa_shift;
1348         unsigned char xa_sibs;
1349         unsigned char xa_offset;
1350         unsigned char xa_pad;           /* Helps gcc generate better code */
1351         struct xa_node *xa_node;
1352         struct xa_node *xa_alloc;
1353         xa_update_node_t xa_update;
1354         struct list_lru *xa_lru;
1355 };
1356
1357 /*
1358  * We encode errnos in the xas->xa_node.  If an error has happened, we need to
1359  * drop the lock to fix it, and once we've done so the xa_state is invalid.
1360  */
1361 #define XA_ERROR(errno) ((struct xa_node *)(((unsigned long)errno << 2) | 2UL))
1362 #define XAS_BOUNDS      ((struct xa_node *)1UL)
1363 #define XAS_RESTART     ((struct xa_node *)3UL)
1364
1365 #define __XA_STATE(array, index, shift, sibs)  {        \
1366         .xa = array,                                    \
1367         .xa_index = index,                              \
1368         .xa_shift = shift,                              \
1369         .xa_sibs = sibs,                                \
1370         .xa_offset = 0,                                 \
1371         .xa_pad = 0,                                    \
1372         .xa_node = XAS_RESTART,                         \
1373         .xa_alloc = NULL,                               \
1374         .xa_update = NULL,                              \
1375         .xa_lru = NULL,                                 \
1376 }
1377
1378 /**
1379  * XA_STATE() - Declare an XArray operation state.
1380  * @name: Name of this operation state (usually xas).
1381  * @array: Array to operate on.
1382  * @index: Initial index of interest.
1383  *
1384  * Declare and initialise an xa_state on the stack.
1385  */
1386 #define XA_STATE(name, array, index)                            \
1387         struct xa_state name = __XA_STATE(array, index, 0, 0)
1388
1389 /**
1390  * XA_STATE_ORDER() - Declare an XArray operation state.
1391  * @name: Name of this operation state (usually xas).
1392  * @array: Array to operate on.
1393  * @index: Initial index of interest.
1394  * @order: Order of entry.
1395  *
1396  * Declare and initialise an xa_state on the stack.  This variant of
1397  * XA_STATE() allows you to specify the 'order' of the element you
1398  * want to operate on.`
1399  */
1400 #define XA_STATE_ORDER(name, array, index, order)               \
1401         struct xa_state name = __XA_STATE(array,                \
1402                         (index >> order) << order,              \
1403                         order - (order % XA_CHUNK_SHIFT),       \
1404                         (1U << (order % XA_CHUNK_SHIFT)) - 1)
1405
1406 #define xas_marked(xas, mark)   xa_marked((xas)->xa, (mark))
1407 #define xas_trylock(xas)        xa_trylock((xas)->xa)
1408 #define xas_lock(xas)           xa_lock((xas)->xa)
1409 #define xas_unlock(xas)         xa_unlock((xas)->xa)
1410 #define xas_lock_bh(xas)        xa_lock_bh((xas)->xa)
1411 #define xas_unlock_bh(xas)      xa_unlock_bh((xas)->xa)
1412 #define xas_lock_irq(xas)       xa_lock_irq((xas)->xa)
1413 #define xas_unlock_irq(xas)     xa_unlock_irq((xas)->xa)
1414 #define xas_lock_irqsave(xas, flags) \
1415                                 xa_lock_irqsave((xas)->xa, flags)
1416 #define xas_unlock_irqrestore(xas, flags) \
1417                                 xa_unlock_irqrestore((xas)->xa, flags)
1418
1419 /**
1420  * xas_error() - Return an errno stored in the xa_state.
1421  * @xas: XArray operation state.
1422  *
1423  * Return: 0 if no error has been noted.  A negative errno if one has.
1424  */
1425 static inline int xas_error(const struct xa_state *xas)
1426 {
1427         return xa_err(xas->xa_node);
1428 }
1429
1430 /**
1431  * xas_set_err() - Note an error in the xa_state.
1432  * @xas: XArray operation state.
1433  * @err: Negative error number.
1434  *
1435  * Only call this function with a negative @err; zero or positive errors
1436  * will probably not behave the way you think they should.  If you want
1437  * to clear the error from an xa_state, use xas_reset().
1438  */
1439 static inline void xas_set_err(struct xa_state *xas, long err)
1440 {
1441         xas->xa_node = XA_ERROR(err);
1442 }
1443
1444 /**
1445  * xas_invalid() - Is the xas in a retry or error state?
1446  * @xas: XArray operation state.
1447  *
1448  * Return: %true if the xas cannot be used for operations.
1449  */
1450 static inline bool xas_invalid(const struct xa_state *xas)
1451 {
1452         return (unsigned long)xas->xa_node & 3;
1453 }
1454
1455 /**
1456  * xas_valid() - Is the xas a valid cursor into the array?
1457  * @xas: XArray operation state.
1458  *
1459  * Return: %true if the xas can be used for operations.
1460  */
1461 static inline bool xas_valid(const struct xa_state *xas)
1462 {
1463         return !xas_invalid(xas);
1464 }
1465
1466 /**
1467  * xas_is_node() - Does the xas point to a node?
1468  * @xas: XArray operation state.
1469  *
1470  * Return: %true if the xas currently references a node.
1471  */
1472 static inline bool xas_is_node(const struct xa_state *xas)
1473 {
1474         return xas_valid(xas) && xas->xa_node;
1475 }
1476
1477 /* True if the pointer is something other than a node */
1478 static inline bool xas_not_node(struct xa_node *node)
1479 {
1480         return ((unsigned long)node & 3) || !node;
1481 }
1482
1483 /* True if the node represents RESTART or an error */
1484 static inline bool xas_frozen(struct xa_node *node)
1485 {
1486         return (unsigned long)node & 2;
1487 }
1488
1489 /* True if the node represents head-of-tree, RESTART or BOUNDS */
1490 static inline bool xas_top(struct xa_node *node)
1491 {
1492         return node <= XAS_RESTART;
1493 }
1494
1495 /**
1496  * xas_reset() - Reset an XArray operation state.
1497  * @xas: XArray operation state.
1498  *
1499  * Resets the error or walk state of the @xas so future walks of the
1500  * array will start from the root.  Use this if you have dropped the
1501  * xarray lock and want to reuse the xa_state.
1502  *
1503  * Context: Any context.
1504  */
1505 static inline void xas_reset(struct xa_state *xas)
1506 {
1507         xas->xa_node = XAS_RESTART;
1508 }
1509
1510 /**
1511  * xas_retry() - Retry the operation if appropriate.
1512  * @xas: XArray operation state.
1513  * @entry: Entry from xarray.
1514  *
1515  * The advanced functions may sometimes return an internal entry, such as
1516  * a retry entry or a zero entry.  This function sets up the @xas to restart
1517  * the walk from the head of the array if needed.
1518  *
1519  * Context: Any context.
1520  * Return: true if the operation needs to be retried.
1521  */
1522 static inline bool xas_retry(struct xa_state *xas, const void *entry)
1523 {
1524         if (xa_is_zero(entry))
1525                 return true;
1526         if (!xa_is_retry(entry))
1527                 return false;
1528         xas_reset(xas);
1529         return true;
1530 }
1531
1532 void *xas_load(struct xa_state *);
1533 void *xas_store(struct xa_state *, void *entry);
1534 void *xas_find(struct xa_state *, unsigned long max);
1535 void *xas_find_conflict(struct xa_state *);
1536
1537 bool xas_get_mark(const struct xa_state *, xa_mark_t);
1538 void xas_set_mark(const struct xa_state *, xa_mark_t);
1539 void xas_clear_mark(const struct xa_state *, xa_mark_t);
1540 void *xas_find_marked(struct xa_state *, unsigned long max, xa_mark_t);
1541 void xas_init_marks(const struct xa_state *);
1542
1543 bool xas_nomem(struct xa_state *, gfp_t);
1544 void xas_destroy(struct xa_state *);
1545 void xas_pause(struct xa_state *);
1546
1547 void xas_create_range(struct xa_state *);
1548
1549 #ifdef CONFIG_XARRAY_MULTI
1550 int xa_get_order(struct xarray *, unsigned long index);
1551 void xas_split(struct xa_state *, void *entry, unsigned int order);
1552 void xas_split_alloc(struct xa_state *, void *entry, unsigned int order, gfp_t);
1553 #else
1554 static inline int xa_get_order(struct xarray *xa, unsigned long index)
1555 {
1556         return 0;
1557 }
1558
1559 static inline void xas_split(struct xa_state *xas, void *entry,
1560                 unsigned int order)
1561 {
1562         xas_store(xas, entry);
1563 }
1564
1565 static inline void xas_split_alloc(struct xa_state *xas, void *entry,
1566                 unsigned int order, gfp_t gfp)
1567 {
1568 }
1569 #endif
1570
1571 /**
1572  * xas_reload() - Refetch an entry from the xarray.
1573  * @xas: XArray operation state.
1574  *
1575  * Use this function to check that a previously loaded entry still has
1576  * the same value.  This is useful for the lockless pagecache lookup where
1577  * we walk the array with only the RCU lock to protect us, lock the page,
1578  * then check that the page hasn't moved since we looked it up.
1579  *
1580  * The caller guarantees that @xas is still valid.  If it may be in an
1581  * error or restart state, call xas_load() instead.
1582  *
1583  * Return: The entry at this location in the xarray.
1584  */
1585 static inline void *xas_reload(struct xa_state *xas)
1586 {
1587         struct xa_node *node = xas->xa_node;
1588         void *entry;
1589         char offset;
1590
1591         if (!node)
1592                 return xa_head(xas->xa);
1593         if (IS_ENABLED(CONFIG_XARRAY_MULTI)) {
1594                 offset = (xas->xa_index >> node->shift) & XA_CHUNK_MASK;
1595                 entry = xa_entry(xas->xa, node, offset);
1596                 if (!xa_is_sibling(entry))
1597                         return entry;
1598                 offset = xa_to_sibling(entry);
1599         } else {
1600                 offset = xas->xa_offset;
1601         }
1602         return xa_entry(xas->xa, node, offset);
1603 }
1604
1605 /**
1606  * xas_set() - Set up XArray operation state for a different index.
1607  * @xas: XArray operation state.
1608  * @index: New index into the XArray.
1609  *
1610  * Move the operation state to refer to a different index.  This will
1611  * have the effect of starting a walk from the top; see xas_next()
1612  * to move to an adjacent index.
1613  */
1614 static inline void xas_set(struct xa_state *xas, unsigned long index)
1615 {
1616         xas->xa_index = index;
1617         xas->xa_node = XAS_RESTART;
1618 }
1619
1620 /**
1621  * xas_advance() - Skip over sibling entries.
1622  * @xas: XArray operation state.
1623  * @index: Index of last sibling entry.
1624  *
1625  * Move the operation state to refer to the last sibling entry.
1626  * This is useful for loops that normally want to see sibling
1627  * entries but sometimes want to skip them.  Use xas_set() if you
1628  * want to move to an index which is not part of this entry.
1629  */
1630 static inline void xas_advance(struct xa_state *xas, unsigned long index)
1631 {
1632         unsigned char shift = xas_is_node(xas) ? xas->xa_node->shift : 0;
1633
1634         xas->xa_index = index;
1635         xas->xa_offset = (index >> shift) & XA_CHUNK_MASK;
1636 }
1637
1638 /**
1639  * xas_set_order() - Set up XArray operation state for a multislot entry.
1640  * @xas: XArray operation state.
1641  * @index: Target of the operation.
1642  * @order: Entry occupies 2^@order indices.
1643  */
1644 static inline void xas_set_order(struct xa_state *xas, unsigned long index,
1645                                         unsigned int order)
1646 {
1647 #ifdef CONFIG_XARRAY_MULTI
1648         xas->xa_index = order < BITS_PER_LONG ? (index >> order) << order : 0;
1649         xas->xa_shift = order - (order % XA_CHUNK_SHIFT);
1650         xas->xa_sibs = (1 << (order % XA_CHUNK_SHIFT)) - 1;
1651         xas->xa_node = XAS_RESTART;
1652 #else
1653         BUG_ON(order > 0);
1654         xas_set(xas, index);
1655 #endif
1656 }
1657
1658 /**
1659  * xas_set_update() - Set up XArray operation state for a callback.
1660  * @xas: XArray operation state.
1661  * @update: Function to call when updating a node.
1662  *
1663  * The XArray can notify a caller after it has updated an xa_node.
1664  * This is advanced functionality and is only needed by the page
1665  * cache and swap cache.
1666  */
1667 static inline void xas_set_update(struct xa_state *xas, xa_update_node_t update)
1668 {
1669         xas->xa_update = update;
1670 }
1671
1672 static inline void xas_set_lru(struct xa_state *xas, struct list_lru *lru)
1673 {
1674         xas->xa_lru = lru;
1675 }
1676
1677 /**
1678  * xas_next_entry() - Advance iterator to next present entry.
1679  * @xas: XArray operation state.
1680  * @max: Highest index to return.
1681  *
1682  * xas_next_entry() is an inline function to optimise xarray traversal for
1683  * speed.  It is equivalent to calling xas_find(), and will call xas_find()
1684  * for all the hard cases.
1685  *
1686  * Return: The next present entry after the one currently referred to by @xas.
1687  */
1688 static inline void *xas_next_entry(struct xa_state *xas, unsigned long max)
1689 {
1690         struct xa_node *node = xas->xa_node;
1691         void *entry;
1692
1693         if (unlikely(xas_not_node(node) || node->shift ||
1694                         xas->xa_offset != (xas->xa_index & XA_CHUNK_MASK)))
1695                 return xas_find(xas, max);
1696
1697         do {
1698                 if (unlikely(xas->xa_index >= max))
1699                         return xas_find(xas, max);
1700                 if (unlikely(xas->xa_offset == XA_CHUNK_MASK))
1701                         return xas_find(xas, max);
1702                 entry = xa_entry(xas->xa, node, xas->xa_offset + 1);
1703                 if (unlikely(xa_is_internal(entry)))
1704                         return xas_find(xas, max);
1705                 xas->xa_offset++;
1706                 xas->xa_index++;
1707         } while (!entry);
1708
1709         return entry;
1710 }
1711
1712 /* Private */
1713 static inline unsigned int xas_find_chunk(struct xa_state *xas, bool advance,
1714                 xa_mark_t mark)
1715 {
1716         unsigned long *addr = xas->xa_node->marks[(__force unsigned)mark];
1717         unsigned int offset = xas->xa_offset;
1718
1719         if (advance)
1720                 offset++;
1721         if (XA_CHUNK_SIZE == BITS_PER_LONG) {
1722                 if (offset < XA_CHUNK_SIZE) {
1723                         unsigned long data = *addr & (~0UL << offset);
1724                         if (data)
1725                                 return __ffs(data);
1726                 }
1727                 return XA_CHUNK_SIZE;
1728         }
1729
1730         return find_next_bit(addr, XA_CHUNK_SIZE, offset);
1731 }
1732
1733 /**
1734  * xas_next_marked() - Advance iterator to next marked entry.
1735  * @xas: XArray operation state.
1736  * @max: Highest index to return.
1737  * @mark: Mark to search for.
1738  *
1739  * xas_next_marked() is an inline function to optimise xarray traversal for
1740  * speed.  It is equivalent to calling xas_find_marked(), and will call
1741  * xas_find_marked() for all the hard cases.
1742  *
1743  * Return: The next marked entry after the one currently referred to by @xas.
1744  */
1745 static inline void *xas_next_marked(struct xa_state *xas, unsigned long max,
1746                                                                 xa_mark_t mark)
1747 {
1748         struct xa_node *node = xas->xa_node;
1749         void *entry;
1750         unsigned int offset;
1751
1752         if (unlikely(xas_not_node(node) || node->shift))
1753                 return xas_find_marked(xas, max, mark);
1754         offset = xas_find_chunk(xas, true, mark);
1755         xas->xa_offset = offset;
1756         xas->xa_index = (xas->xa_index & ~XA_CHUNK_MASK) + offset;
1757         if (xas->xa_index > max)
1758                 return NULL;
1759         if (offset == XA_CHUNK_SIZE)
1760                 return xas_find_marked(xas, max, mark);
1761         entry = xa_entry(xas->xa, node, offset);
1762         if (!entry)
1763                 return xas_find_marked(xas, max, mark);
1764         return entry;
1765 }
1766
1767 /*
1768  * If iterating while holding a lock, drop the lock and reschedule
1769  * every %XA_CHECK_SCHED loops.
1770  */
1771 enum {
1772         XA_CHECK_SCHED = 4096,
1773 };
1774
1775 /**
1776  * xas_for_each() - Iterate over a range of an XArray.
1777  * @xas: XArray operation state.
1778  * @entry: Entry retrieved from the array.
1779  * @max: Maximum index to retrieve from array.
1780  *
1781  * The loop body will be executed for each entry present in the xarray
1782  * between the current xas position and @max.  @entry will be set to
1783  * the entry retrieved from the xarray.  It is safe to delete entries
1784  * from the array in the loop body.  You should hold either the RCU lock
1785  * or the xa_lock while iterating.  If you need to drop the lock, call
1786  * xas_pause() first.
1787  */
1788 #define xas_for_each(xas, entry, max) \
1789         for (entry = xas_find(xas, max); entry; \
1790              entry = xas_next_entry(xas, max))
1791
1792 /**
1793  * xas_for_each_marked() - Iterate over a range of an XArray.
1794  * @xas: XArray operation state.
1795  * @entry: Entry retrieved from the array.
1796  * @max: Maximum index to retrieve from array.
1797  * @mark: Mark to search for.
1798  *
1799  * The loop body will be executed for each marked entry in the xarray
1800  * between the current xas position and @max.  @entry will be set to
1801  * the entry retrieved from the xarray.  It is safe to delete entries
1802  * from the array in the loop body.  You should hold either the RCU lock
1803  * or the xa_lock while iterating.  If you need to drop the lock, call
1804  * xas_pause() first.
1805  */
1806 #define xas_for_each_marked(xas, entry, max, mark) \
1807         for (entry = xas_find_marked(xas, max, mark); entry; \
1808              entry = xas_next_marked(xas, max, mark))
1809
1810 /**
1811  * xas_for_each_conflict() - Iterate over a range of an XArray.
1812  * @xas: XArray operation state.
1813  * @entry: Entry retrieved from the array.
1814  *
1815  * The loop body will be executed for each entry in the XArray that
1816  * lies within the range specified by @xas.  If the loop terminates
1817  * normally, @entry will be %NULL.  The user may break out of the loop,
1818  * which will leave @entry set to the conflicting entry.  The caller
1819  * may also call xa_set_err() to exit the loop while setting an error
1820  * to record the reason.
1821  */
1822 #define xas_for_each_conflict(xas, entry) \
1823         while ((entry = xas_find_conflict(xas)))
1824
1825 void *__xas_next(struct xa_state *);
1826 void *__xas_prev(struct xa_state *);
1827
1828 /**
1829  * xas_prev() - Move iterator to previous index.
1830  * @xas: XArray operation state.
1831  *
1832  * If the @xas was in an error state, it will remain in an error state
1833  * and this function will return %NULL.  If the @xas has never been walked,
1834  * it will have the effect of calling xas_load().  Otherwise one will be
1835  * subtracted from the index and the state will be walked to the correct
1836  * location in the array for the next operation.
1837  *
1838  * If the iterator was referencing index 0, this function wraps
1839  * around to %ULONG_MAX.
1840  *
1841  * Return: The entry at the new index.  This may be %NULL or an internal
1842  * entry.
1843  */
1844 static inline void *xas_prev(struct xa_state *xas)
1845 {
1846         struct xa_node *node = xas->xa_node;
1847
1848         if (unlikely(xas_not_node(node) || node->shift ||
1849                                 xas->xa_offset == 0))
1850                 return __xas_prev(xas);
1851
1852         xas->xa_index--;
1853         xas->xa_offset--;
1854         return xa_entry(xas->xa, node, xas->xa_offset);
1855 }
1856
1857 /**
1858  * xas_next() - Move state to next index.
1859  * @xas: XArray operation state.
1860  *
1861  * If the @xas was in an error state, it will remain in an error state
1862  * and this function will return %NULL.  If the @xas has never been walked,
1863  * it will have the effect of calling xas_load().  Otherwise one will be
1864  * added to the index and the state will be walked to the correct
1865  * location in the array for the next operation.
1866  *
1867  * If the iterator was referencing index %ULONG_MAX, this function wraps
1868  * around to 0.
1869  *
1870  * Return: The entry at the new index.  This may be %NULL or an internal
1871  * entry.
1872  */
1873 static inline void *xas_next(struct xa_state *xas)
1874 {
1875         struct xa_node *node = xas->xa_node;
1876
1877         if (unlikely(xas_not_node(node) || node->shift ||
1878                                 xas->xa_offset == XA_CHUNK_MASK))
1879                 return __xas_next(xas);
1880
1881         xas->xa_index++;
1882         xas->xa_offset++;
1883         return xa_entry(xas->xa, node, xas->xa_offset);
1884 }
1885
1886 #endif /* _LINUX_XARRAY_H */