]> Pileus Git - ~andy/linux/blob - drivers/staging/zcache/zbud.c
Merge tag 'ecryptfs-3.10-rc5-msync' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel...
[~andy/linux] / drivers / staging / zcache / zbud.c
1 /*
2  * zbud.c - Compression buddies allocator
3  *
4  * Copyright (c) 2010-2012, Dan Magenheimer, Oracle Corp.
5  *
6  * Compression buddies ("zbud") provides for efficiently packing two
7  * (or, possibly in the future, more) compressed pages ("zpages") into
8  * a single "raw" pageframe and for tracking both zpages and pageframes
9  * so that whole pageframes can be easily reclaimed in LRU-like order.
10  * It is designed to be used in conjunction with transcendent memory
11  * ("tmem"); for example separate LRU lists are maintained for persistent
12  * vs. ephemeral pages.
13  *
14  * A zbudpage is an overlay for a struct page and thus each zbudpage
15  * refers to a physical pageframe of RAM.  When the caller passes a
16  * struct page from the kernel's page allocator, zbud "transforms" it
17  * to a zbudpage which sets/uses a different set of fields than the
18  * struct-page and thus must "untransform" it back by reinitializing
19  * certain fields before the struct-page can be freed.  The fields
20  * of a zbudpage include a page lock for controlling access to the
21  * corresponding pageframe, and there is a size field for each zpage.
22  * Each zbudpage also lives on two linked lists: a "budlist" which is
23  * used to support efficient buddying of zpages; and an "lru" which
24  * is used for reclaiming pageframes in approximately least-recently-used
25  * order.
26  *
27  * A zbudpageframe is a pageframe divided up into aligned 64-byte "chunks"
28  * which contain the compressed data for zero, one, or two zbuds.  Contained
29  * with the compressed data is a tmem_handle which is a key to allow
30  * the same data to be found via the tmem interface so the zpage can
31  * be invalidated (for ephemeral pages) or repatriated to the swap cache
32  * (for persistent pages).  The contents of a zbudpageframe must never
33  * be accessed without holding the page lock for the corresponding
34  * zbudpage and, to accomodate highmem machines, the contents may
35  * only be examined or changes when kmapped.  Thus, when in use, a
36  * kmapped zbudpageframe is referred to in the zbud code as "void *zbpg".
37  *
38  * Note that the term "zbud" refers to the combination of a zpage and
39  * a tmem_handle that is stored as one of possibly two "buddied" zpages;
40  * it also generically refers to this allocator... sorry for any confusion.
41  *
42  * A zbudref is a pointer to a struct zbudpage (which can be cast to a
43  * struct page), with the LSB either cleared or set to indicate, respectively,
44  * the first or second zpage in the zbudpageframe. Since a zbudref can be
45  * cast to a pointer, it is used as the tmem "pampd" pointer and uniquely
46  * references a stored tmem page and so is the only zbud data structure
47  * externally visible to zbud.c/zbud.h.
48  *
49  * Since we wish to reclaim entire pageframes but zpages may be randomly
50  * added and deleted to any given pageframe, we approximate LRU by
51  * promoting a pageframe to MRU when a zpage is added to it, but
52  * leaving it at the current place in the list when a zpage is deleted
53  * from it.  As a side effect, zpages that are difficult to buddy (e.g.
54  * very large paages) will be reclaimed faster than average, which seems
55  * reasonable.
56  *
57  * In the current implementation, no more than two zpages may be stored in
58  * any pageframe and no zpage ever crosses a pageframe boundary.  While
59  * other zpage allocation mechanisms may allow greater density, this two
60  * zpage-per-pageframe limit both ensures simple reclaim of pageframes
61  * (including garbage collection of references to the contents of those
62  * pageframes from tmem data structures) AND avoids the need for compaction.
63  * With additional complexity, zbud could be modified to support storing
64  * up to three zpages per pageframe or, to handle larger average zpages,
65  * up to three zpages per pair of pageframes, but it is not clear if the
66  * additional complexity would be worth it.  So consider it an exercise
67  * for future developers.
68  *
69  * Note also that zbud does no page allocation or freeing.  This is so
70  * that the caller has complete control over and, for accounting, visibility
71  * into if/when pages are allocated and freed.
72  *
73  * Finally, note that zbud limits the size of zpages it can store; the
74  * caller must check the zpage size with zbud_max_buddy_size before
75  * storing it, else BUGs will result.  User beware.
76  */
77
78 #include <linux/module.h>
79 #include <linux/highmem.h>
80 #include <linux/list.h>
81 #include <linux/spinlock.h>
82 #include <linux/pagemap.h>
83 #include <linux/atomic.h>
84 #include <linux/bug.h>
85 #include "tmem.h"
86 #include "zcache.h"
87 #include "zbud.h"
88
89 /*
90  * We need to ensure that a struct zbudpage is never larger than a
91  * struct page.  This is checked with a BUG_ON in zbud_init.
92  *
93  * The unevictable field indicates that a zbud is being added to the
94  * zbudpage.  Since this is a two-phase process (due to tmem locking),
95  * this field locks the zbudpage against eviction when a zbud match
96  * or creation is in process.  Since this addition process may occur
97  * in parallel for two zbuds in one zbudpage, the field is a counter
98  * that must not exceed two.
99  */
100 struct zbudpage {
101         union {
102                 struct page page;
103                 struct {
104                         unsigned long space_for_flags;
105                         struct {
106                                 unsigned zbud0_size:PAGE_SHIFT;
107                                 unsigned zbud1_size:PAGE_SHIFT;
108                                 unsigned unevictable:2;
109                         };
110                         struct list_head budlist;
111                         struct list_head lru;
112                 };
113         };
114 };
115 #if (PAGE_SHIFT * 2) + 2 > BITS_PER_LONG
116 #error "zbud won't work for this arch, PAGE_SIZE is too large"
117 #endif
118
119 struct zbudref {
120         union {
121                 struct zbudpage *zbudpage;
122                 unsigned long zbudref;
123         };
124 };
125
126 #define CHUNK_SHIFT     6
127 #define CHUNK_SIZE      (1 << CHUNK_SHIFT)
128 #define CHUNK_MASK      (~(CHUNK_SIZE-1))
129 #define NCHUNKS         (PAGE_SIZE >> CHUNK_SHIFT)
130 #define MAX_CHUNK       (NCHUNKS-1)
131
132 /*
133  * The following functions deal with the difference between struct
134  * page and struct zbudpage.  Note the hack of using the pageflags
135  * from struct page; this is to avoid duplicating all the complex
136  * pageflag macros.
137  */
138 static inline void zbudpage_spin_lock(struct zbudpage *zbudpage)
139 {
140         struct page *page = (struct page *)zbudpage;
141
142         while (unlikely(test_and_set_bit_lock(PG_locked, &page->flags))) {
143                 do {
144                         cpu_relax();
145                 } while (test_bit(PG_locked, &page->flags));
146         }
147 }
148
149 static inline void zbudpage_spin_unlock(struct zbudpage *zbudpage)
150 {
151         struct page *page = (struct page *)zbudpage;
152
153         clear_bit(PG_locked, &page->flags);
154 }
155
156 static inline int zbudpage_spin_trylock(struct zbudpage *zbudpage)
157 {
158         return trylock_page((struct page *)zbudpage);
159 }
160
161 static inline int zbudpage_is_locked(struct zbudpage *zbudpage)
162 {
163         return PageLocked((struct page *)zbudpage);
164 }
165
166 static inline void *kmap_zbudpage_atomic(struct zbudpage *zbudpage)
167 {
168         return kmap_atomic((struct page *)zbudpage);
169 }
170
171 /*
172  * A dying zbudpage is an ephemeral page in the process of being evicted.
173  * Any data contained in the zbudpage is invalid and we are just waiting for
174  * the tmem pampds to be invalidated before freeing the page
175  */
176 static inline int zbudpage_is_dying(struct zbudpage *zbudpage)
177 {
178         struct page *page = (struct page *)zbudpage;
179
180         return test_bit(PG_reclaim, &page->flags);
181 }
182
183 static inline void zbudpage_set_dying(struct zbudpage *zbudpage)
184 {
185         struct page *page = (struct page *)zbudpage;
186
187         set_bit(PG_reclaim, &page->flags);
188 }
189
190 static inline void zbudpage_clear_dying(struct zbudpage *zbudpage)
191 {
192         struct page *page = (struct page *)zbudpage;
193
194         clear_bit(PG_reclaim, &page->flags);
195 }
196
197 /*
198  * A zombie zbudpage is a persistent page in the process of being evicted.
199  * The data contained in the zbudpage is valid and we are just waiting for
200  * the tmem pampds to be invalidated before freeing the page
201  */
202 static inline int zbudpage_is_zombie(struct zbudpage *zbudpage)
203 {
204         struct page *page = (struct page *)zbudpage;
205
206         return test_bit(PG_dirty, &page->flags);
207 }
208
209 static inline void zbudpage_set_zombie(struct zbudpage *zbudpage)
210 {
211         struct page *page = (struct page *)zbudpage;
212
213         set_bit(PG_dirty, &page->flags);
214 }
215
216 static inline void zbudpage_clear_zombie(struct zbudpage *zbudpage)
217 {
218         struct page *page = (struct page *)zbudpage;
219
220         clear_bit(PG_dirty, &page->flags);
221 }
222
223 static inline void kunmap_zbudpage_atomic(void *zbpg)
224 {
225         kunmap_atomic(zbpg);
226 }
227
228 /*
229  * zbud "translation" and helper functions
230  */
231
232 static inline struct zbudpage *zbudref_to_zbudpage(struct zbudref *zref)
233 {
234         unsigned long zbud = (unsigned long)zref;
235         zbud &= ~1UL;
236         return (struct zbudpage *)zbud;
237 }
238
239 static inline struct zbudref *zbudpage_to_zbudref(struct zbudpage *zbudpage,
240                                                         unsigned budnum)
241 {
242         unsigned long zbud = (unsigned long)zbudpage;
243         BUG_ON(budnum > 1);
244         zbud |= budnum;
245         return (struct zbudref *)zbud;
246 }
247
248 static inline int zbudref_budnum(struct zbudref *zbudref)
249 {
250         unsigned long zbud = (unsigned long)zbudref;
251         return zbud & 1UL;
252 }
253
254 static inline unsigned zbud_max_size(void)
255 {
256         return MAX_CHUNK << CHUNK_SHIFT;
257 }
258
259 static inline unsigned zbud_size_to_chunks(unsigned size)
260 {
261         BUG_ON(size == 0 || size > zbud_max_size());
262         return (size + CHUNK_SIZE - 1) >> CHUNK_SHIFT;
263 }
264
265 /* can only be used between kmap_zbudpage_atomic/kunmap_zbudpage_atomic! */
266 static inline char *zbud_data(void *zbpg,
267                         unsigned budnum, unsigned size)
268 {
269         char *p;
270
271         BUG_ON(size == 0 || size > zbud_max_size());
272         p = (char *)zbpg;
273         if (budnum == 1)
274                 p += PAGE_SIZE - ((size + CHUNK_SIZE - 1) & CHUNK_MASK);
275         return p;
276 }
277
278 /*
279  * These are all informative and exposed through debugfs... except for
280  * the arrays... anyone know how to do that?  To avoid confusion for
281  * debugfs viewers, some of these should also be atomic_long_t, but
282  * I don't know how to expose atomics via debugfs either...
283  */
284 static ssize_t zbud_eph_pageframes;
285 static ssize_t zbud_pers_pageframes;
286 static ssize_t zbud_eph_zpages;
287 static ssize_t zbud_pers_zpages;
288 static u64 zbud_eph_zbytes;
289 static u64 zbud_pers_zbytes;
290 static ssize_t zbud_eph_evicted_pageframes;
291 static ssize_t zbud_pers_evicted_pageframes;
292 static ssize_t zbud_eph_cumul_zpages;
293 static ssize_t zbud_pers_cumul_zpages;
294 static u64 zbud_eph_cumul_zbytes;
295 static u64 zbud_pers_cumul_zbytes;
296 static ssize_t zbud_eph_cumul_chunk_counts[NCHUNKS];
297 static ssize_t zbud_pers_cumul_chunk_counts[NCHUNKS];
298 static ssize_t zbud_eph_buddied_count;
299 static ssize_t zbud_pers_buddied_count;
300 static ssize_t zbud_eph_unbuddied_count;
301 static ssize_t zbud_pers_unbuddied_count;
302 static ssize_t zbud_eph_zombie_count;
303 static ssize_t zbud_pers_zombie_count;
304 static atomic_t zbud_eph_zombie_atomic;
305 static atomic_t zbud_pers_zombie_atomic;
306
307 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
308 #include <linux/debugfs.h>
309 #define zdfs    debugfs_create_size_t
310 #define zdfs64  debugfs_create_u64
311 static int zbud_debugfs_init(void)
312 {
313         struct dentry *root = debugfs_create_dir("zbud", NULL);
314         if (root == NULL)
315                 return -ENXIO;
316
317         /*
318          * would be nice to dump the sizes of the unbuddied
319          * arrays, like was done with sysfs, but it doesn't
320          * look like debugfs is flexible enough to do that
321          */
322         zdfs64("eph_zbytes", S_IRUGO, root, &zbud_eph_zbytes);
323         zdfs64("eph_cumul_zbytes", S_IRUGO, root, &zbud_eph_cumul_zbytes);
324         zdfs64("pers_zbytes", S_IRUGO, root, &zbud_pers_zbytes);
325         zdfs64("pers_cumul_zbytes", S_IRUGO, root, &zbud_pers_cumul_zbytes);
326         zdfs("eph_cumul_zpages", S_IRUGO, root, &zbud_eph_cumul_zpages);
327         zdfs("eph_evicted_pageframes", S_IRUGO, root,
328                                 &zbud_eph_evicted_pageframes);
329         zdfs("eph_zpages", S_IRUGO, root, &zbud_eph_zpages);
330         zdfs("eph_pageframes", S_IRUGO, root, &zbud_eph_pageframes);
331         zdfs("eph_buddied_count", S_IRUGO, root, &zbud_eph_buddied_count);
332         zdfs("eph_unbuddied_count", S_IRUGO, root, &zbud_eph_unbuddied_count);
333         zdfs("pers_cumul_zpages", S_IRUGO, root, &zbud_pers_cumul_zpages);
334         zdfs("pers_evicted_pageframes", S_IRUGO, root,
335                                 &zbud_pers_evicted_pageframes);
336         zdfs("pers_zpages", S_IRUGO, root, &zbud_pers_zpages);
337         zdfs("pers_pageframes", S_IRUGO, root, &zbud_pers_pageframes);
338         zdfs("pers_buddied_count", S_IRUGO, root, &zbud_pers_buddied_count);
339         zdfs("pers_unbuddied_count", S_IRUGO, root, &zbud_pers_unbuddied_count);
340         zdfs("pers_zombie_count", S_IRUGO, root, &zbud_pers_zombie_count);
341         return 0;
342 }
343 #undef  zdfs
344 #undef  zdfs64
345 #else
346 static inline int zbud_debugfs_init(void)
347 {
348         return 0;
349 }
350 #endif
351
352 /* protects the buddied list and all unbuddied lists */
353 static DEFINE_SPINLOCK(zbud_eph_lists_lock);
354 static DEFINE_SPINLOCK(zbud_pers_lists_lock);
355
356 struct zbud_unbuddied {
357         struct list_head list;
358         unsigned count;
359 };
360
361 /* list N contains pages with N chunks USED and NCHUNKS-N unused */
362 /* element 0 is never used but optimizing that isn't worth it */
363 static struct zbud_unbuddied zbud_eph_unbuddied[NCHUNKS];
364 static struct zbud_unbuddied zbud_pers_unbuddied[NCHUNKS];
365 static LIST_HEAD(zbud_eph_lru_list);
366 static LIST_HEAD(zbud_pers_lru_list);
367 static LIST_HEAD(zbud_eph_buddied_list);
368 static LIST_HEAD(zbud_pers_buddied_list);
369 static LIST_HEAD(zbud_eph_zombie_list);
370 static LIST_HEAD(zbud_pers_zombie_list);
371
372 /*
373  * Given a struct page, transform it to a zbudpage so that it can be
374  * used by zbud and initialize fields as necessary.
375  */
376 static inline struct zbudpage *zbud_init_zbudpage(struct page *page, bool eph)
377 {
378         struct zbudpage *zbudpage = (struct zbudpage *)page;
379
380         BUG_ON(page == NULL);
381         INIT_LIST_HEAD(&zbudpage->budlist);
382         INIT_LIST_HEAD(&zbudpage->lru);
383         zbudpage->zbud0_size = 0;
384         zbudpage->zbud1_size = 0;
385         zbudpage->unevictable = 0;
386         if (eph)
387                 zbud_eph_pageframes++;
388         else
389                 zbud_pers_pageframes++;
390         return zbudpage;
391 }
392
393 /* "Transform" a zbudpage back to a struct page suitable to free. */
394 static inline struct page *zbud_unuse_zbudpage(struct zbudpage *zbudpage,
395                                                                 bool eph)
396 {
397         struct page *page = (struct page *)zbudpage;
398
399         BUG_ON(!list_empty(&zbudpage->budlist));
400         BUG_ON(!list_empty(&zbudpage->lru));
401         BUG_ON(zbudpage->zbud0_size != 0);
402         BUG_ON(zbudpage->zbud1_size != 0);
403         BUG_ON(!PageLocked(page));
404         BUG_ON(zbudpage->unevictable != 0);
405         BUG_ON(zbudpage_is_dying(zbudpage));
406         BUG_ON(zbudpage_is_zombie(zbudpage));
407         if (eph)
408                 zbud_eph_pageframes--;
409         else
410                 zbud_pers_pageframes--;
411         zbudpage_spin_unlock(zbudpage);
412         page_mapcount_reset(page);
413         init_page_count(page);
414         page->index = 0;
415         return page;
416 }
417
418 /* Mark a zbud as unused and do accounting */
419 static inline void zbud_unuse_zbud(struct zbudpage *zbudpage,
420                                         int budnum, bool eph)
421 {
422         unsigned size;
423
424         BUG_ON(!zbudpage_is_locked(zbudpage));
425         if (budnum == 0) {
426                 size = zbudpage->zbud0_size;
427                 zbudpage->zbud0_size = 0;
428         } else {
429                 size = zbudpage->zbud1_size;
430                 zbudpage->zbud1_size = 0;
431         }
432         if (eph) {
433                 zbud_eph_zbytes -= size;
434                 zbud_eph_zpages--;
435         } else {
436                 zbud_pers_zbytes -= size;
437                 zbud_pers_zpages--;
438         }
439 }
440
441 /*
442  * Given a zbudpage/budnum/size, a tmem handle, and a kmapped pointer
443  * to some data, set up the zbud appropriately including data copying
444  * and accounting.  Note that if cdata is NULL, the data copying is
445  * skipped.  (This is useful for lazy writes such as for RAMster.)
446  */
447 static void zbud_init_zbud(struct zbudpage *zbudpage, struct tmem_handle *th,
448                                 bool eph, void *cdata,
449                                 unsigned budnum, unsigned size)
450 {
451         char *to;
452         void *zbpg;
453         struct tmem_handle *to_th;
454         unsigned nchunks = zbud_size_to_chunks(size);
455
456         BUG_ON(!zbudpage_is_locked(zbudpage));
457         zbpg = kmap_zbudpage_atomic(zbudpage);
458         to = zbud_data(zbpg, budnum, size);
459         to_th = (struct tmem_handle *)to;
460         to_th->index = th->index;
461         to_th->oid = th->oid;
462         to_th->pool_id = th->pool_id;
463         to_th->client_id = th->client_id;
464         to += sizeof(struct tmem_handle);
465         if (cdata != NULL)
466                 memcpy(to, cdata, size - sizeof(struct tmem_handle));
467         kunmap_zbudpage_atomic(zbpg);
468         if (budnum == 0)
469                 zbudpage->zbud0_size = size;
470         else
471                 zbudpage->zbud1_size = size;
472         if (eph) {
473                 zbud_eph_cumul_chunk_counts[nchunks]++;
474                 zbud_eph_zpages++;
475                 zbud_eph_cumul_zpages++;
476                 zbud_eph_zbytes += size;
477                 zbud_eph_cumul_zbytes += size;
478         } else {
479                 zbud_pers_cumul_chunk_counts[nchunks]++;
480                 zbud_pers_zpages++;
481                 zbud_pers_cumul_zpages++;
482                 zbud_pers_zbytes += size;
483                 zbud_pers_cumul_zbytes += size;
484         }
485 }
486
487 /*
488  * Given a locked dying zbudpage, read out the tmem handles from the data,
489  * unlock the page, then use the handles to tell tmem to flush out its
490  * references
491  */
492 static void zbud_evict_tmem(struct zbudpage *zbudpage)
493 {
494         int i, j;
495         uint32_t pool_id[2], client_id[2];
496         uint32_t index[2];
497         struct tmem_oid oid[2];
498         struct tmem_pool *pool;
499         void *zbpg;
500         struct tmem_handle *th;
501         unsigned size;
502
503         /* read out the tmem handles from the data and set aside */
504         zbpg = kmap_zbudpage_atomic(zbudpage);
505         for (i = 0, j = 0; i < 2; i++) {
506                 size = (i == 0) ? zbudpage->zbud0_size : zbudpage->zbud1_size;
507                 if (size) {
508                         th = (struct tmem_handle *)zbud_data(zbpg, i, size);
509                         client_id[j] = th->client_id;
510                         pool_id[j] = th->pool_id;
511                         oid[j] = th->oid;
512                         index[j] = th->index;
513                         j++;
514                         zbud_unuse_zbud(zbudpage, i, true);
515                 }
516         }
517         kunmap_zbudpage_atomic(zbpg);
518         zbudpage_spin_unlock(zbudpage);
519         /* zbudpage is now an unlocked dying... tell tmem to flush pointers */
520         for (i = 0; i < j; i++) {
521                 pool = zcache_get_pool_by_id(client_id[i], pool_id[i]);
522                 if (pool != NULL) {
523                         tmem_flush_page(pool, &oid[i], index[i]);
524                         zcache_put_pool(pool);
525                 }
526         }
527 }
528
529 /*
530  * Externally callable zbud handling routines.
531  */
532
533 /*
534  * Return the maximum size compressed page that can be stored (secretly
535  * setting aside space for the tmem handle.
536  */
537 unsigned int zbud_max_buddy_size(void)
538 {
539         return zbud_max_size() - sizeof(struct tmem_handle);
540 }
541
542 /*
543  * Given a zbud reference, free the corresponding zbud from all lists,
544  * mark it as unused, do accounting, and if the freeing of the zbud
545  * frees up an entire pageframe, return it to the caller (else NULL).
546  */
547 struct page *zbud_free_and_delist(struct zbudref *zref, bool eph,
548                                   unsigned int *zsize, unsigned int *zpages)
549 {
550         unsigned long budnum = zbudref_budnum(zref);
551         struct zbudpage *zbudpage = zbudref_to_zbudpage(zref);
552         struct page *page = NULL;
553         unsigned chunks, bud_size, other_bud_size;
554         spinlock_t *lists_lock =
555                 eph ? &zbud_eph_lists_lock : &zbud_pers_lists_lock;
556         struct zbud_unbuddied *unbud =
557                 eph ? zbud_eph_unbuddied : zbud_pers_unbuddied;
558
559
560         spin_lock(lists_lock);
561         zbudpage_spin_lock(zbudpage);
562         if (zbudpage_is_dying(zbudpage)) {
563                 /* ignore dying zbudpage... see zbud_evict_pageframe_lru() */
564                 zbudpage_spin_unlock(zbudpage);
565                 spin_unlock(lists_lock);
566                 *zpages = 0;
567                 *zsize = 0;
568                 goto out;
569         }
570         if (budnum == 0) {
571                 bud_size = zbudpage->zbud0_size;
572                 other_bud_size = zbudpage->zbud1_size;
573         } else {
574                 bud_size = zbudpage->zbud1_size;
575                 other_bud_size = zbudpage->zbud0_size;
576         }
577         *zsize = bud_size - sizeof(struct tmem_handle);
578         *zpages = 1;
579         zbud_unuse_zbud(zbudpage, budnum, eph);
580         if (other_bud_size == 0) { /* was unbuddied: unlist and free */
581                 chunks = zbud_size_to_chunks(bud_size) ;
582                 if (zbudpage_is_zombie(zbudpage)) {
583                         if (eph)
584                                 zbud_pers_zombie_count =
585                                   atomic_dec_return(&zbud_eph_zombie_atomic);
586                         else
587                                 zbud_pers_zombie_count =
588                                   atomic_dec_return(&zbud_pers_zombie_atomic);
589                         zbudpage_clear_zombie(zbudpage);
590                 } else {
591                         BUG_ON(list_empty(&unbud[chunks].list));
592                         list_del_init(&zbudpage->budlist);
593                         unbud[chunks].count--;
594                 }
595                 list_del_init(&zbudpage->lru);
596                 spin_unlock(lists_lock);
597                 if (eph)
598                         zbud_eph_unbuddied_count--;
599                 else
600                         zbud_pers_unbuddied_count--;
601                 page = zbud_unuse_zbudpage(zbudpage, eph);
602         } else { /* was buddied: move remaining buddy to unbuddied list */
603                 chunks = zbud_size_to_chunks(other_bud_size) ;
604                 if (!zbudpage_is_zombie(zbudpage)) {
605                         list_del_init(&zbudpage->budlist);
606                         list_add_tail(&zbudpage->budlist, &unbud[chunks].list);
607                         unbud[chunks].count++;
608                 }
609                 if (eph) {
610                         zbud_eph_buddied_count--;
611                         zbud_eph_unbuddied_count++;
612                 } else {
613                         zbud_pers_unbuddied_count++;
614                         zbud_pers_buddied_count--;
615                 }
616                 /* don't mess with lru, no need to move it */
617                 zbudpage_spin_unlock(zbudpage);
618                 spin_unlock(lists_lock);
619         }
620 out:
621         return page;
622 }
623
624 /*
625  * Given a tmem handle, and a kmapped pointer to compressed data of
626  * the given size, try to find an unbuddied zbudpage in which to
627  * create a zbud. If found, put it there, mark the zbudpage unevictable,
628  * and return a zbudref to it.  Else return NULL.
629  */
630 struct zbudref *zbud_match_prep(struct tmem_handle *th, bool eph,
631                                 void *cdata, unsigned size)
632 {
633         struct zbudpage *zbudpage = NULL, *zbudpage2;
634         unsigned long budnum = 0UL;
635         unsigned nchunks;
636         int i, found_good_buddy = 0;
637         spinlock_t *lists_lock =
638                 eph ? &zbud_eph_lists_lock : &zbud_pers_lists_lock;
639         struct zbud_unbuddied *unbud =
640                 eph ? zbud_eph_unbuddied : zbud_pers_unbuddied;
641
642         size += sizeof(struct tmem_handle);
643         nchunks = zbud_size_to_chunks(size);
644         for (i = MAX_CHUNK - nchunks + 1; i > 0; i--) {
645                 spin_lock(lists_lock);
646                 if (!list_empty(&unbud[i].list)) {
647                         list_for_each_entry_safe(zbudpage, zbudpage2,
648                                     &unbud[i].list, budlist) {
649                                 if (zbudpage_spin_trylock(zbudpage)) {
650                                         found_good_buddy = i;
651                                         goto found_unbuddied;
652                                 }
653                         }
654                 }
655                 spin_unlock(lists_lock);
656         }
657         zbudpage = NULL;
658         goto out;
659
660 found_unbuddied:
661         BUG_ON(!zbudpage_is_locked(zbudpage));
662         BUG_ON(!((zbudpage->zbud0_size == 0) ^ (zbudpage->zbud1_size == 0)));
663         if (zbudpage->zbud0_size == 0)
664                 budnum = 0UL;
665         else if (zbudpage->zbud1_size == 0)
666                 budnum = 1UL;
667         list_del_init(&zbudpage->budlist);
668         if (eph) {
669                 list_add_tail(&zbudpage->budlist, &zbud_eph_buddied_list);
670                 unbud[found_good_buddy].count--;
671                 zbud_eph_unbuddied_count--;
672                 zbud_eph_buddied_count++;
673                 /* "promote" raw zbudpage to most-recently-used */
674                 list_del_init(&zbudpage->lru);
675                 list_add_tail(&zbudpage->lru, &zbud_eph_lru_list);
676         } else {
677                 list_add_tail(&zbudpage->budlist, &zbud_pers_buddied_list);
678                 unbud[found_good_buddy].count--;
679                 zbud_pers_unbuddied_count--;
680                 zbud_pers_buddied_count++;
681                 /* "promote" raw zbudpage to most-recently-used */
682                 list_del_init(&zbudpage->lru);
683                 list_add_tail(&zbudpage->lru, &zbud_pers_lru_list);
684         }
685         zbud_init_zbud(zbudpage, th, eph, cdata, budnum, size);
686         zbudpage->unevictable++;
687         BUG_ON(zbudpage->unevictable == 3);
688         zbudpage_spin_unlock(zbudpage);
689         spin_unlock(lists_lock);
690 out:
691         return zbudpage_to_zbudref(zbudpage, budnum);
692
693 }
694
695 /*
696  * Given a tmem handle, and a kmapped pointer to compressed data of
697  * the given size, and a newly allocated struct page, create an unevictable
698  * zbud in that new page and return a zbudref to it.
699  */
700 struct zbudref *zbud_create_prep(struct tmem_handle *th, bool eph,
701                                         void *cdata, unsigned size,
702                                         struct page *newpage)
703 {
704         struct zbudpage *zbudpage;
705         unsigned long budnum = 0;
706         unsigned nchunks;
707         spinlock_t *lists_lock =
708                 eph ? &zbud_eph_lists_lock : &zbud_pers_lists_lock;
709         struct zbud_unbuddied *unbud =
710                 eph ? zbud_eph_unbuddied : zbud_pers_unbuddied;
711
712 #if 0
713         /* this may be worth it later to support decompress-in-place? */
714         static unsigned long counter;
715         budnum = counter++ & 1; /* alternate using zbud0 and zbud1 */
716 #endif
717
718         if (size  > zbud_max_buddy_size())
719                 return NULL;
720         if (newpage == NULL)
721                 return NULL;
722
723         size += sizeof(struct tmem_handle);
724         nchunks = zbud_size_to_chunks(size) ;
725         spin_lock(lists_lock);
726         zbudpage = zbud_init_zbudpage(newpage, eph);
727         zbudpage_spin_lock(zbudpage);
728         list_add_tail(&zbudpage->budlist, &unbud[nchunks].list);
729         if (eph) {
730                 list_add_tail(&zbudpage->lru, &zbud_eph_lru_list);
731                 zbud_eph_unbuddied_count++;
732         } else {
733                 list_add_tail(&zbudpage->lru, &zbud_pers_lru_list);
734                 zbud_pers_unbuddied_count++;
735         }
736         unbud[nchunks].count++;
737         zbud_init_zbud(zbudpage, th, eph, cdata, budnum, size);
738         zbudpage->unevictable++;
739         BUG_ON(zbudpage->unevictable == 3);
740         zbudpage_spin_unlock(zbudpage);
741         spin_unlock(lists_lock);
742         return zbudpage_to_zbudref(zbudpage, budnum);
743 }
744
745 /*
746  * Finish creation of a zbud by, assuming another zbud isn't being created
747  * in parallel, marking it evictable.
748  */
749 void zbud_create_finish(struct zbudref *zref, bool eph)
750 {
751         struct zbudpage *zbudpage = zbudref_to_zbudpage(zref);
752         spinlock_t *lists_lock =
753                 eph ? &zbud_eph_lists_lock : &zbud_pers_lists_lock;
754
755         spin_lock(lists_lock);
756         zbudpage_spin_lock(zbudpage);
757         BUG_ON(zbudpage_is_dying(zbudpage));
758         zbudpage->unevictable--;
759         BUG_ON((int)zbudpage->unevictable < 0);
760         zbudpage_spin_unlock(zbudpage);
761         spin_unlock(lists_lock);
762 }
763
764 /*
765  * Given a zbudref and a struct page, decompress the data from
766  * the zbud into the physical page represented by the struct page
767  * by upcalling to zcache_decompress
768  */
769 int zbud_decompress(struct page *data_page, struct zbudref *zref, bool eph,
770                         void (*decompress)(char *, unsigned int, char *))
771 {
772         struct zbudpage *zbudpage = zbudref_to_zbudpage(zref);
773         unsigned long budnum = zbudref_budnum(zref);
774         void *zbpg;
775         char *to_va, *from_va;
776         unsigned size;
777         int ret = -1;
778         spinlock_t *lists_lock =
779                 eph ? &zbud_eph_lists_lock : &zbud_pers_lists_lock;
780
781         spin_lock(lists_lock);
782         zbudpage_spin_lock(zbudpage);
783         if (zbudpage_is_dying(zbudpage)) {
784                 /* ignore dying zbudpage... see zbud_evict_pageframe_lru() */
785                 goto out;
786         }
787         zbpg = kmap_zbudpage_atomic(zbudpage);
788         to_va = kmap_atomic(data_page);
789         if (budnum == 0)
790                 size = zbudpage->zbud0_size;
791         else
792                 size = zbudpage->zbud1_size;
793         BUG_ON(size == 0 || size > zbud_max_size());
794         from_va = zbud_data(zbpg, budnum, size);
795         from_va += sizeof(struct tmem_handle);
796         size -= sizeof(struct tmem_handle);
797         decompress(from_va, size, to_va);
798         kunmap_atomic(to_va);
799         kunmap_zbudpage_atomic(zbpg);
800         ret = 0;
801 out:
802         zbudpage_spin_unlock(zbudpage);
803         spin_unlock(lists_lock);
804         return ret;
805 }
806
807 /*
808  * Given a zbudref and a kernel pointer, copy the data from
809  * the zbud to the kernel pointer.
810  */
811 int zbud_copy_from_zbud(char *to_va, struct zbudref *zref,
812                                 size_t *sizep, bool eph)
813 {
814         struct zbudpage *zbudpage = zbudref_to_zbudpage(zref);
815         unsigned long budnum = zbudref_budnum(zref);
816         void *zbpg;
817         char *from_va;
818         unsigned size;
819         int ret = -1;
820         spinlock_t *lists_lock =
821                 eph ? &zbud_eph_lists_lock : &zbud_pers_lists_lock;
822
823         spin_lock(lists_lock);
824         zbudpage_spin_lock(zbudpage);
825         if (zbudpage_is_dying(zbudpage)) {
826                 /* ignore dying zbudpage... see zbud_evict_pageframe_lru() */
827                 goto out;
828         }
829         zbpg = kmap_zbudpage_atomic(zbudpage);
830         if (budnum == 0)
831                 size = zbudpage->zbud0_size;
832         else
833                 size = zbudpage->zbud1_size;
834         BUG_ON(size == 0 || size > zbud_max_size());
835         from_va = zbud_data(zbpg, budnum, size);
836         from_va += sizeof(struct tmem_handle);
837         size -= sizeof(struct tmem_handle);
838         *sizep = size;
839         memcpy(to_va, from_va, size);
840
841         kunmap_zbudpage_atomic(zbpg);
842         ret = 0;
843 out:
844         zbudpage_spin_unlock(zbudpage);
845         spin_unlock(lists_lock);
846         return ret;
847 }
848
849 /*
850  * Given a zbudref and a kernel pointer, copy the data from
851  * the kernel pointer to the zbud.
852  */
853 int zbud_copy_to_zbud(struct zbudref *zref, char *from_va, bool eph)
854 {
855         struct zbudpage *zbudpage = zbudref_to_zbudpage(zref);
856         unsigned long budnum = zbudref_budnum(zref);
857         void *zbpg;
858         char *to_va;
859         unsigned size;
860         int ret = -1;
861         spinlock_t *lists_lock =
862                 eph ? &zbud_eph_lists_lock : &zbud_pers_lists_lock;
863
864         spin_lock(lists_lock);
865         zbudpage_spin_lock(zbudpage);
866         if (zbudpage_is_dying(zbudpage)) {
867                 /* ignore dying zbudpage... see zbud_evict_pageframe_lru() */
868                 goto out;
869         }
870         zbpg = kmap_zbudpage_atomic(zbudpage);
871         if (budnum == 0)
872                 size = zbudpage->zbud0_size;
873         else
874                 size = zbudpage->zbud1_size;
875         BUG_ON(size == 0 || size > zbud_max_size());
876         to_va = zbud_data(zbpg, budnum, size);
877         to_va += sizeof(struct tmem_handle);
878         size -= sizeof(struct tmem_handle);
879         memcpy(to_va, from_va, size);
880
881         kunmap_zbudpage_atomic(zbpg);
882         ret = 0;
883 out:
884         zbudpage_spin_unlock(zbudpage);
885         spin_unlock(lists_lock);
886         return ret;
887 }
888
889 /*
890  * Choose an ephemeral LRU zbudpage that is evictable (not locked), ensure
891  * there are no references to it remaining, and return the now unused
892  * (and re-init'ed) struct page and the total amount of compressed
893  * data that was evicted.
894  */
895 struct page *zbud_evict_pageframe_lru(unsigned int *zsize, unsigned int *zpages)
896 {
897         struct zbudpage *zbudpage = NULL, *zbudpage2;
898         struct zbud_unbuddied *unbud = zbud_eph_unbuddied;
899         struct page *page = NULL;
900         bool irqs_disabled = irqs_disabled();
901
902         /*
903          * Since this can be called indirectly from cleancache_put, which
904          * has interrupts disabled, as well as frontswap_put, which does not,
905          * we need to be able to handle both cases, even though it is ugly.
906          */
907         if (irqs_disabled)
908                 spin_lock(&zbud_eph_lists_lock);
909         else
910                 spin_lock_bh(&zbud_eph_lists_lock);
911         *zsize = 0;
912         if (list_empty(&zbud_eph_lru_list))
913                 goto unlock_out;
914         list_for_each_entry_safe(zbudpage, zbudpage2, &zbud_eph_lru_list, lru) {
915                 /* skip a locked zbudpage */
916                 if (unlikely(!zbudpage_spin_trylock(zbudpage)))
917                         continue;
918                 /* skip an unevictable zbudpage */
919                 if (unlikely(zbudpage->unevictable != 0)) {
920                         zbudpage_spin_unlock(zbudpage);
921                         continue;
922                 }
923                 /* got a locked evictable page */
924                 goto evict_page;
925
926         }
927 unlock_out:
928         /* no unlocked evictable pages, give up */
929         if (irqs_disabled)
930                 spin_unlock(&zbud_eph_lists_lock);
931         else
932                 spin_unlock_bh(&zbud_eph_lists_lock);
933         goto out;
934
935 evict_page:
936         list_del_init(&zbudpage->budlist);
937         list_del_init(&zbudpage->lru);
938         zbudpage_set_dying(zbudpage);
939         /*
940          * the zbudpage is now "dying" and attempts to read, write,
941          * or delete data from it will be ignored
942          */
943         if (zbudpage->zbud0_size != 0 && zbudpage->zbud1_size !=  0) {
944                 *zsize = zbudpage->zbud0_size + zbudpage->zbud1_size -
945                                 (2 * sizeof(struct tmem_handle));
946                 *zpages = 2;
947         } else if (zbudpage->zbud0_size != 0) {
948                 unbud[zbud_size_to_chunks(zbudpage->zbud0_size)].count--;
949                 *zsize = zbudpage->zbud0_size - sizeof(struct tmem_handle);
950                 *zpages = 1;
951         } else if (zbudpage->zbud1_size != 0) {
952                 unbud[zbud_size_to_chunks(zbudpage->zbud1_size)].count--;
953                 *zsize = zbudpage->zbud1_size - sizeof(struct tmem_handle);
954                 *zpages = 1;
955         } else {
956                 BUG();
957         }
958         spin_unlock(&zbud_eph_lists_lock);
959         zbud_eph_evicted_pageframes++;
960         if (*zpages == 1)
961                 zbud_eph_unbuddied_count--;
962         else
963                 zbud_eph_buddied_count--;
964         zbud_evict_tmem(zbudpage);
965         zbudpage_spin_lock(zbudpage);
966         zbudpage_clear_dying(zbudpage);
967         page = zbud_unuse_zbudpage(zbudpage, true);
968         if (!irqs_disabled)
969                 local_bh_enable();
970 out:
971         return page;
972 }
973
974 /*
975  * Choose a persistent LRU zbudpage that is evictable (not locked), zombify it,
976  * read the tmem_handle(s) out of it into the passed array, and return the
977  * number of zbuds.  Caller must perform necessary tmem functions and,
978  * indirectly, zbud functions to fetch any valid data and cause the
979  * now-zombified zbudpage to eventually be freed.  We track the zombified
980  * zbudpage count so it is possible to observe if there is a leak.
981  FIXME: describe (ramster) case where data pointers are passed in for memcpy
982  */
983 unsigned int zbud_make_zombie_lru(struct tmem_handle *th, unsigned char **data,
984                                         unsigned int *zsize, bool eph)
985 {
986         struct zbudpage *zbudpage = NULL, *zbudpag2;
987         struct tmem_handle *thfrom;
988         char *from_va;
989         void *zbpg;
990         unsigned size;
991         int ret = 0, i;
992         spinlock_t *lists_lock =
993                 eph ? &zbud_eph_lists_lock : &zbud_pers_lists_lock;
994         struct list_head *lru_list =
995                 eph ? &zbud_eph_lru_list : &zbud_pers_lru_list;
996
997         spin_lock_bh(lists_lock);
998         if (list_empty(lru_list))
999                 goto out;
1000         list_for_each_entry_safe(zbudpage, zbudpag2, lru_list, lru) {
1001                 /* skip a locked zbudpage */
1002                 if (unlikely(!zbudpage_spin_trylock(zbudpage)))
1003                         continue;
1004                 /* skip an unevictable zbudpage */
1005                 if (unlikely(zbudpage->unevictable != 0)) {
1006                         zbudpage_spin_unlock(zbudpage);
1007                         continue;
1008                 }
1009                 /* got a locked evictable page */
1010                 goto zombify_page;
1011         }
1012         /* no unlocked evictable pages, give up */
1013         goto out;
1014
1015 zombify_page:
1016         /* got an unlocked evictable page, zombify it */
1017         list_del_init(&zbudpage->budlist);
1018         zbudpage_set_zombie(zbudpage);
1019         /* FIXME what accounting do I need to do here? */
1020         list_del_init(&zbudpage->lru);
1021         if (eph) {
1022                 list_add_tail(&zbudpage->lru, &zbud_eph_zombie_list);
1023                 zbud_eph_zombie_count =
1024                                 atomic_inc_return(&zbud_eph_zombie_atomic);
1025         } else {
1026                 list_add_tail(&zbudpage->lru, &zbud_pers_zombie_list);
1027                 zbud_pers_zombie_count =
1028                                 atomic_inc_return(&zbud_pers_zombie_atomic);
1029         }
1030         /* FIXME what accounting do I need to do here? */
1031         zbpg = kmap_zbudpage_atomic(zbudpage);
1032         for (i = 0; i < 2; i++) {
1033                 size = (i == 0) ? zbudpage->zbud0_size : zbudpage->zbud1_size;
1034                 if (size) {
1035                         from_va = zbud_data(zbpg, i, size);
1036                         thfrom = (struct tmem_handle *)from_va;
1037                         from_va += sizeof(struct tmem_handle);
1038                         size -= sizeof(struct tmem_handle);
1039                         if (th != NULL)
1040                                 th[ret] = *thfrom;
1041                         if (data != NULL)
1042                                 memcpy(data[ret], from_va, size);
1043                         if (zsize != NULL)
1044                                 *zsize++ = size;
1045                         ret++;
1046                 }
1047         }
1048         kunmap_zbudpage_atomic(zbpg);
1049         zbudpage_spin_unlock(zbudpage);
1050 out:
1051         spin_unlock_bh(lists_lock);
1052         return ret;
1053 }
1054
1055 void zbud_init(void)
1056 {
1057         int i;
1058
1059         zbud_debugfs_init();
1060         BUG_ON((sizeof(struct tmem_handle) * 2 > CHUNK_SIZE));
1061         BUG_ON(sizeof(struct zbudpage) > sizeof(struct page));
1062         for (i = 0; i < NCHUNKS; i++) {
1063                 INIT_LIST_HEAD(&zbud_eph_unbuddied[i].list);
1064                 INIT_LIST_HEAD(&zbud_pers_unbuddied[i].list);
1065         }
1066 }