GNU Linux-libre 4.19.295-gnu1
[releases.git] / kernel / trace / tracing_map.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  * tracing_map - lock-free map for tracing
4  *
5  * Copyright (C) 2015 Tom Zanussi <tom.zanussi@linux.intel.com>
6  *
7  * tracing_map implementation inspired by lock-free map algorithms
8  * originated by Dr. Cliff Click:
9  *
10  * http://www.azulsystems.com/blog/cliff/2007-03-26-non-blocking-hashtable
11  * http://www.azulsystems.com/events/javaone_2007/2007_LockFreeHash.pdf
12  */
13
14 #include <linux/vmalloc.h>
15 #include <linux/jhash.h>
16 #include <linux/slab.h>
17 #include <linux/sort.h>
18 #include <linux/kmemleak.h>
19
20 #include "tracing_map.h"
21 #include "trace.h"
22
23 /*
24  * NOTE: For a detailed description of the data structures used by
25  * these functions (such as tracing_map_elt) please see the overview
26  * of tracing_map data structures at the beginning of tracing_map.h.
27  */
28
29 /**
30  * tracing_map_update_sum - Add a value to a tracing_map_elt's sum field
31  * @elt: The tracing_map_elt
32  * @i: The index of the given sum associated with the tracing_map_elt
33  * @n: The value to add to the sum
34  *
35  * Add n to sum i associated with the specified tracing_map_elt
36  * instance.  The index i is the index returned by the call to
37  * tracing_map_add_sum_field() when the tracing map was set up.
38  */
39 void tracing_map_update_sum(struct tracing_map_elt *elt, unsigned int i, u64 n)
40 {
41         atomic64_add(n, &elt->fields[i].sum);
42 }
43
44 /**
45  * tracing_map_read_sum - Return the value of a tracing_map_elt's sum field
46  * @elt: The tracing_map_elt
47  * @i: The index of the given sum associated with the tracing_map_elt
48  *
49  * Retrieve the value of the sum i associated with the specified
50  * tracing_map_elt instance.  The index i is the index returned by the
51  * call to tracing_map_add_sum_field() when the tracing map was set
52  * up.
53  *
54  * Return: The sum associated with field i for elt.
55  */
56 u64 tracing_map_read_sum(struct tracing_map_elt *elt, unsigned int i)
57 {
58         return (u64)atomic64_read(&elt->fields[i].sum);
59 }
60
61 /**
62  * tracing_map_set_var - Assign a tracing_map_elt's variable field
63  * @elt: The tracing_map_elt
64  * @i: The index of the given variable associated with the tracing_map_elt
65  * @n: The value to assign
66  *
67  * Assign n to variable i associated with the specified tracing_map_elt
68  * instance.  The index i is the index returned by the call to
69  * tracing_map_add_var() when the tracing map was set up.
70  */
71 void tracing_map_set_var(struct tracing_map_elt *elt, unsigned int i, u64 n)
72 {
73         atomic64_set(&elt->vars[i], n);
74         elt->var_set[i] = true;
75 }
76
77 /**
78  * tracing_map_var_set - Return whether or not a variable has been set
79  * @elt: The tracing_map_elt
80  * @i: The index of the given variable associated with the tracing_map_elt
81  *
82  * Return true if the variable has been set, false otherwise.  The
83  * index i is the index returned by the call to tracing_map_add_var()
84  * when the tracing map was set up.
85  */
86 bool tracing_map_var_set(struct tracing_map_elt *elt, unsigned int i)
87 {
88         return elt->var_set[i];
89 }
90
91 /**
92  * tracing_map_read_var - Return the value of a tracing_map_elt's variable field
93  * @elt: The tracing_map_elt
94  * @i: The index of the given variable associated with the tracing_map_elt
95  *
96  * Retrieve the value of the variable i associated with the specified
97  * tracing_map_elt instance.  The index i is the index returned by the
98  * call to tracing_map_add_var() when the tracing map was set
99  * up.
100  *
101  * Return: The variable value associated with field i for elt.
102  */
103 u64 tracing_map_read_var(struct tracing_map_elt *elt, unsigned int i)
104 {
105         return (u64)atomic64_read(&elt->vars[i]);
106 }
107
108 /**
109  * tracing_map_read_var_once - Return and reset a tracing_map_elt's variable field
110  * @elt: The tracing_map_elt
111  * @i: The index of the given variable associated with the tracing_map_elt
112  *
113  * Retrieve the value of the variable i associated with the specified
114  * tracing_map_elt instance, and reset the variable to the 'not set'
115  * state.  The index i is the index returned by the call to
116  * tracing_map_add_var() when the tracing map was set up.  The reset
117  * essentially makes the variable a read-once variable if it's only
118  * accessed using this function.
119  *
120  * Return: The variable value associated with field i for elt.
121  */
122 u64 tracing_map_read_var_once(struct tracing_map_elt *elt, unsigned int i)
123 {
124         elt->var_set[i] = false;
125         return (u64)atomic64_read(&elt->vars[i]);
126 }
127
128 int tracing_map_cmp_string(void *val_a, void *val_b)
129 {
130         char *a = val_a;
131         char *b = val_b;
132
133         return strcmp(a, b);
134 }
135
136 int tracing_map_cmp_none(void *val_a, void *val_b)
137 {
138         return 0;
139 }
140
141 static int tracing_map_cmp_atomic64(void *val_a, void *val_b)
142 {
143         u64 a = atomic64_read((atomic64_t *)val_a);
144         u64 b = atomic64_read((atomic64_t *)val_b);
145
146         return (a > b) ? 1 : ((a < b) ? -1 : 0);
147 }
148
149 #define DEFINE_TRACING_MAP_CMP_FN(type)                                 \
150 static int tracing_map_cmp_##type(void *val_a, void *val_b)             \
151 {                                                                       \
152         type a = (type)(*(u64 *)val_a);                                 \
153         type b = (type)(*(u64 *)val_b);                                 \
154                                                                         \
155         return (a > b) ? 1 : ((a < b) ? -1 : 0);                        \
156 }
157
158 DEFINE_TRACING_MAP_CMP_FN(s64);
159 DEFINE_TRACING_MAP_CMP_FN(u64);
160 DEFINE_TRACING_MAP_CMP_FN(s32);
161 DEFINE_TRACING_MAP_CMP_FN(u32);
162 DEFINE_TRACING_MAP_CMP_FN(s16);
163 DEFINE_TRACING_MAP_CMP_FN(u16);
164 DEFINE_TRACING_MAP_CMP_FN(s8);
165 DEFINE_TRACING_MAP_CMP_FN(u8);
166
167 tracing_map_cmp_fn_t tracing_map_cmp_num(int field_size,
168                                          int field_is_signed)
169 {
170         tracing_map_cmp_fn_t fn = tracing_map_cmp_none;
171
172         switch (field_size) {
173         case 8:
174                 if (field_is_signed)
175                         fn = tracing_map_cmp_s64;
176                 else
177                         fn = tracing_map_cmp_u64;
178                 break;
179         case 4:
180                 if (field_is_signed)
181                         fn = tracing_map_cmp_s32;
182                 else
183                         fn = tracing_map_cmp_u32;
184                 break;
185         case 2:
186                 if (field_is_signed)
187                         fn = tracing_map_cmp_s16;
188                 else
189                         fn = tracing_map_cmp_u16;
190                 break;
191         case 1:
192                 if (field_is_signed)
193                         fn = tracing_map_cmp_s8;
194                 else
195                         fn = tracing_map_cmp_u8;
196                 break;
197         }
198
199         return fn;
200 }
201
202 static int tracing_map_add_field(struct tracing_map *map,
203                                  tracing_map_cmp_fn_t cmp_fn)
204 {
205         int ret = -EINVAL;
206
207         if (map->n_fields < TRACING_MAP_FIELDS_MAX) {
208                 ret = map->n_fields;
209                 map->fields[map->n_fields++].cmp_fn = cmp_fn;
210         }
211
212         return ret;
213 }
214
215 /**
216  * tracing_map_add_sum_field - Add a field describing a tracing_map sum
217  * @map: The tracing_map
218  *
219  * Add a sum field to the key and return the index identifying it in
220  * the map and associated tracing_map_elts.  This is the index used
221  * for instance to update a sum for a particular tracing_map_elt using
222  * tracing_map_update_sum() or reading it via tracing_map_read_sum().
223  *
224  * Return: The index identifying the field in the map and associated
225  * tracing_map_elts, or -EINVAL on error.
226  */
227 int tracing_map_add_sum_field(struct tracing_map *map)
228 {
229         return tracing_map_add_field(map, tracing_map_cmp_atomic64);
230 }
231
232 /**
233  * tracing_map_add_var - Add a field describing a tracing_map var
234  * @map: The tracing_map
235  *
236  * Add a var to the map and return the index identifying it in the map
237  * and associated tracing_map_elts.  This is the index used for
238  * instance to update a var for a particular tracing_map_elt using
239  * tracing_map_update_var() or reading it via tracing_map_read_var().
240  *
241  * Return: The index identifying the var in the map and associated
242  * tracing_map_elts, or -EINVAL on error.
243  */
244 int tracing_map_add_var(struct tracing_map *map)
245 {
246         int ret = -EINVAL;
247
248         if (map->n_vars < TRACING_MAP_VARS_MAX)
249                 ret = map->n_vars++;
250
251         return ret;
252 }
253
254 /**
255  * tracing_map_add_key_field - Add a field describing a tracing_map key
256  * @map: The tracing_map
257  * @offset: The offset within the key
258  * @cmp_fn: The comparison function that will be used to sort on the key
259  *
260  * Let the map know there is a key and that if it's used as a sort key
261  * to use cmp_fn.
262  *
263  * A key can be a subset of a compound key; for that purpose, the
264  * offset param is used to describe where within the the compound key
265  * the key referenced by this key field resides.
266  *
267  * Return: The index identifying the field in the map and associated
268  * tracing_map_elts, or -EINVAL on error.
269  */
270 int tracing_map_add_key_field(struct tracing_map *map,
271                               unsigned int offset,
272                               tracing_map_cmp_fn_t cmp_fn)
273
274 {
275         int idx = tracing_map_add_field(map, cmp_fn);
276
277         if (idx < 0)
278                 return idx;
279
280         map->fields[idx].offset = offset;
281
282         map->key_idx[map->n_keys++] = idx;
283
284         return idx;
285 }
286
287 void tracing_map_array_clear(struct tracing_map_array *a)
288 {
289         unsigned int i;
290
291         if (!a->pages)
292                 return;
293
294         for (i = 0; i < a->n_pages; i++)
295                 memset(a->pages[i], 0, PAGE_SIZE);
296 }
297
298 void tracing_map_array_free(struct tracing_map_array *a)
299 {
300         unsigned int i;
301
302         if (!a)
303                 return;
304
305         if (!a->pages)
306                 goto free;
307
308         for (i = 0; i < a->n_pages; i++) {
309                 if (!a->pages[i])
310                         break;
311                 kmemleak_free(a->pages[i]);
312                 free_page((unsigned long)a->pages[i]);
313         }
314
315         kfree(a->pages);
316
317  free:
318         kfree(a);
319 }
320
321 struct tracing_map_array *tracing_map_array_alloc(unsigned int n_elts,
322                                                   unsigned int entry_size)
323 {
324         struct tracing_map_array *a;
325         unsigned int i;
326
327         a = kzalloc(sizeof(*a), GFP_KERNEL);
328         if (!a)
329                 return NULL;
330
331         a->entry_size_shift = fls(roundup_pow_of_two(entry_size) - 1);
332         a->entries_per_page = PAGE_SIZE / (1 << a->entry_size_shift);
333         a->n_pages = n_elts / a->entries_per_page;
334         if (!a->n_pages)
335                 a->n_pages = 1;
336         a->entry_shift = fls(a->entries_per_page) - 1;
337         a->entry_mask = (1 << a->entry_shift) - 1;
338
339         a->pages = kcalloc(a->n_pages, sizeof(void *), GFP_KERNEL);
340         if (!a->pages)
341                 goto free;
342
343         for (i = 0; i < a->n_pages; i++) {
344                 a->pages[i] = (void *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
345                 if (!a->pages[i])
346                         goto free;
347                 kmemleak_alloc(a->pages[i], PAGE_SIZE, 1, GFP_KERNEL);
348         }
349  out:
350         return a;
351  free:
352         tracing_map_array_free(a);
353         a = NULL;
354
355         goto out;
356 }
357
358 static void tracing_map_elt_clear(struct tracing_map_elt *elt)
359 {
360         unsigned i;
361
362         for (i = 0; i < elt->map->n_fields; i++)
363                 if (elt->fields[i].cmp_fn == tracing_map_cmp_atomic64)
364                         atomic64_set(&elt->fields[i].sum, 0);
365
366         for (i = 0; i < elt->map->n_vars; i++) {
367                 atomic64_set(&elt->vars[i], 0);
368                 elt->var_set[i] = false;
369         }
370
371         if (elt->map->ops && elt->map->ops->elt_clear)
372                 elt->map->ops->elt_clear(elt);
373 }
374
375 static void tracing_map_elt_init_fields(struct tracing_map_elt *elt)
376 {
377         unsigned int i;
378
379         tracing_map_elt_clear(elt);
380
381         for (i = 0; i < elt->map->n_fields; i++) {
382                 elt->fields[i].cmp_fn = elt->map->fields[i].cmp_fn;
383
384                 if (elt->fields[i].cmp_fn != tracing_map_cmp_atomic64)
385                         elt->fields[i].offset = elt->map->fields[i].offset;
386         }
387 }
388
389 static void tracing_map_elt_free(struct tracing_map_elt *elt)
390 {
391         if (!elt)
392                 return;
393
394         if (elt->map->ops && elt->map->ops->elt_free)
395                 elt->map->ops->elt_free(elt);
396         kfree(elt->fields);
397         kfree(elt->vars);
398         kfree(elt->var_set);
399         kfree(elt->key);
400         kfree(elt);
401 }
402
403 static struct tracing_map_elt *tracing_map_elt_alloc(struct tracing_map *map)
404 {
405         struct tracing_map_elt *elt;
406         int err = 0;
407
408         elt = kzalloc(sizeof(*elt), GFP_KERNEL);
409         if (!elt)
410                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
411
412         elt->map = map;
413
414         elt->key = kzalloc(map->key_size, GFP_KERNEL);
415         if (!elt->key) {
416                 err = -ENOMEM;
417                 goto free;
418         }
419
420         elt->fields = kcalloc(map->n_fields, sizeof(*elt->fields), GFP_KERNEL);
421         if (!elt->fields) {
422                 err = -ENOMEM;
423                 goto free;
424         }
425
426         elt->vars = kcalloc(map->n_vars, sizeof(*elt->vars), GFP_KERNEL);
427         if (!elt->vars) {
428                 err = -ENOMEM;
429                 goto free;
430         }
431
432         elt->var_set = kcalloc(map->n_vars, sizeof(*elt->var_set), GFP_KERNEL);
433         if (!elt->var_set) {
434                 err = -ENOMEM;
435                 goto free;
436         }
437
438         tracing_map_elt_init_fields(elt);
439
440         if (map->ops && map->ops->elt_alloc) {
441                 err = map->ops->elt_alloc(elt);
442                 if (err)
443                         goto free;
444         }
445         return elt;
446  free:
447         tracing_map_elt_free(elt);
448
449         return ERR_PTR(err);
450 }
451
452 static struct tracing_map_elt *get_free_elt(struct tracing_map *map)
453 {
454         struct tracing_map_elt *elt = NULL;
455         int idx;
456
457         idx = atomic_inc_return(&map->next_elt);
458         if (idx < map->max_elts) {
459                 elt = *(TRACING_MAP_ELT(map->elts, idx));
460                 if (map->ops && map->ops->elt_init)
461                         map->ops->elt_init(elt);
462         }
463
464         return elt;
465 }
466
467 static void tracing_map_free_elts(struct tracing_map *map)
468 {
469         unsigned int i;
470
471         if (!map->elts)
472                 return;
473
474         for (i = 0; i < map->max_elts; i++) {
475                 tracing_map_elt_free(*(TRACING_MAP_ELT(map->elts, i)));
476                 *(TRACING_MAP_ELT(map->elts, i)) = NULL;
477         }
478
479         tracing_map_array_free(map->elts);
480         map->elts = NULL;
481 }
482
483 static int tracing_map_alloc_elts(struct tracing_map *map)
484 {
485         unsigned int i;
486
487         map->elts = tracing_map_array_alloc(map->max_elts,
488                                             sizeof(struct tracing_map_elt *));
489         if (!map->elts)
490                 return -ENOMEM;
491
492         for (i = 0; i < map->max_elts; i++) {
493                 *(TRACING_MAP_ELT(map->elts, i)) = tracing_map_elt_alloc(map);
494                 if (IS_ERR(*(TRACING_MAP_ELT(map->elts, i)))) {
495                         *(TRACING_MAP_ELT(map->elts, i)) = NULL;
496                         tracing_map_free_elts(map);
497
498                         return -ENOMEM;
499                 }
500         }
501
502         return 0;
503 }
504
505 static inline bool keys_match(void *key, void *test_key, unsigned key_size)
506 {
507         bool match = true;
508
509         if (memcmp(key, test_key, key_size))
510                 match = false;
511
512         return match;
513 }
514
515 static inline struct tracing_map_elt *
516 __tracing_map_insert(struct tracing_map *map, void *key, bool lookup_only)
517 {
518         u32 idx, key_hash, test_key;
519         int dup_try = 0;
520         struct tracing_map_entry *entry;
521         struct tracing_map_elt *val;
522
523         key_hash = jhash(key, map->key_size, 0);
524         if (key_hash == 0)
525                 key_hash = 1;
526         idx = key_hash >> (32 - (map->map_bits + 1));
527
528         while (1) {
529                 idx &= (map->map_size - 1);
530                 entry = TRACING_MAP_ENTRY(map->map, idx);
531                 test_key = entry->key;
532
533                 if (test_key && test_key == key_hash) {
534                         val = READ_ONCE(entry->val);
535                         if (val &&
536                             keys_match(key, val->key, map->key_size)) {
537                                 if (!lookup_only)
538                                         atomic64_inc(&map->hits);
539                                 return val;
540                         } else if (unlikely(!val)) {
541                                 /*
542                                  * The key is present. But, val (pointer to elt
543                                  * struct) is still NULL. which means some other
544                                  * thread is in the process of inserting an
545                                  * element.
546                                  *
547                                  * On top of that, it's key_hash is same as the
548                                  * one being inserted right now. So, it's
549                                  * possible that the element has the same
550                                  * key as well.
551                                  */
552
553                                 dup_try++;
554                                 if (dup_try > map->map_size) {
555                                         atomic64_inc(&map->drops);
556                                         break;
557                                 }
558                                 continue;
559                         }
560                 }
561
562                 if (!test_key) {
563                         if (lookup_only)
564                                 break;
565
566                         if (!cmpxchg(&entry->key, 0, key_hash)) {
567                                 struct tracing_map_elt *elt;
568
569                                 elt = get_free_elt(map);
570                                 if (!elt) {
571                                         atomic64_inc(&map->drops);
572                                         entry->key = 0;
573                                         break;
574                                 }
575
576                                 memcpy(elt->key, key, map->key_size);
577                                 entry->val = elt;
578                                 atomic64_inc(&map->hits);
579
580                                 return entry->val;
581                         } else {
582                                 /*
583                                  * cmpxchg() failed. Loop around once
584                                  * more to check what key was inserted.
585                                  */
586                                 dup_try++;
587                                 continue;
588                         }
589                 }
590
591                 idx++;
592         }
593
594         return NULL;
595 }
596
597 /**
598  * tracing_map_insert - Insert key and/or retrieve val from a tracing_map
599  * @map: The tracing_map to insert into
600  * @key: The key to insert
601  *
602  * Inserts a key into a tracing_map and creates and returns a new
603  * tracing_map_elt for it, or if the key has already been inserted by
604  * a previous call, returns the tracing_map_elt already associated
605  * with it.  When the map was created, the number of elements to be
606  * allocated for the map was specified (internally maintained as
607  * 'max_elts' in struct tracing_map), and that number of
608  * tracing_map_elts was created by tracing_map_init().  This is the
609  * pre-allocated pool of tracing_map_elts that tracing_map_insert()
610  * will allocate from when adding new keys.  Once that pool is
611  * exhausted, tracing_map_insert() is useless and will return NULL to
612  * signal that state.  There are two user-visible tracing_map
613  * variables, 'hits' and 'drops', which are updated by this function.
614  * Every time an element is either successfully inserted or retrieved,
615  * the 'hits' value is incrememented.  Every time an element insertion
616  * fails, the 'drops' value is incremented.
617  *
618  * This is a lock-free tracing map insertion function implementing a
619  * modified form of Cliff Click's basic insertion algorithm.  It
620  * requires the table size be a power of two.  To prevent any
621  * possibility of an infinite loop we always make the internal table
622  * size double the size of the requested table size (max_elts * 2).
623  * Likewise, we never reuse a slot or resize or delete elements - when
624  * we've reached max_elts entries, we simply return NULL once we've
625  * run out of entries.  Readers can at any point in time traverse the
626  * tracing map and safely access the key/val pairs.
627  *
628  * Return: the tracing_map_elt pointer val associated with the key.
629  * If this was a newly inserted key, the val will be a newly allocated
630  * and associated tracing_map_elt pointer val.  If the key wasn't
631  * found and the pool of tracing_map_elts has been exhausted, NULL is
632  * returned and no further insertions will succeed.
633  */
634 struct tracing_map_elt *tracing_map_insert(struct tracing_map *map, void *key)
635 {
636         return __tracing_map_insert(map, key, false);
637 }
638
639 /**
640  * tracing_map_lookup - Retrieve val from a tracing_map
641  * @map: The tracing_map to perform the lookup on
642  * @key: The key to look up
643  *
644  * Looks up key in tracing_map and if found returns the matching
645  * tracing_map_elt.  This is a lock-free lookup; see
646  * tracing_map_insert() for details on tracing_map and how it works.
647  * Every time an element is retrieved, the 'hits' value is
648  * incrememented.  There is one user-visible tracing_map variable,
649  * 'hits', which is updated by this function.  Every time an element
650  * is successfully retrieved, the 'hits' value is incrememented.  The
651  * 'drops' value is never updated by this function.
652  *
653  * Return: the tracing_map_elt pointer val associated with the key.
654  * If the key wasn't found, NULL is returned.
655  */
656 struct tracing_map_elt *tracing_map_lookup(struct tracing_map *map, void *key)
657 {
658         return __tracing_map_insert(map, key, true);
659 }
660
661 /**
662  * tracing_map_destroy - Destroy a tracing_map
663  * @map: The tracing_map to destroy
664  *
665  * Frees a tracing_map along with its associated array of
666  * tracing_map_elts.
667  *
668  * Callers should make sure there are no readers or writers actively
669  * reading or inserting into the map before calling this.
670  */
671 void tracing_map_destroy(struct tracing_map *map)
672 {
673         if (!map)
674                 return;
675
676         tracing_map_free_elts(map);
677
678         tracing_map_array_free(map->map);
679         kfree(map);
680 }
681
682 /**
683  * tracing_map_clear - Clear a tracing_map
684  * @map: The tracing_map to clear
685  *
686  * Resets the tracing map to a cleared or initial state.  The
687  * tracing_map_elts are all cleared, and the array of struct
688  * tracing_map_entry is reset to an initialized state.
689  *
690  * Callers should make sure there are no writers actively inserting
691  * into the map before calling this.
692  */
693 void tracing_map_clear(struct tracing_map *map)
694 {
695         unsigned int i;
696
697         atomic_set(&map->next_elt, -1);
698         atomic64_set(&map->hits, 0);
699         atomic64_set(&map->drops, 0);
700
701         tracing_map_array_clear(map->map);
702
703         for (i = 0; i < map->max_elts; i++)
704                 tracing_map_elt_clear(*(TRACING_MAP_ELT(map->elts, i)));
705 }
706
707 static void set_sort_key(struct tracing_map *map,
708                          struct tracing_map_sort_key *sort_key)
709 {
710         map->sort_key = *sort_key;
711 }
712
713 /**
714  * tracing_map_create - Create a lock-free map and element pool
715  * @map_bits: The size of the map (2 ** map_bits)
716  * @key_size: The size of the key for the map in bytes
717  * @ops: Optional client-defined tracing_map_ops instance
718  * @private_data: Client data associated with the map
719  *
720  * Creates and sets up a map to contain 2 ** map_bits number of
721  * elements (internally maintained as 'max_elts' in struct
722  * tracing_map).  Before using, map fields should be added to the map
723  * with tracing_map_add_sum_field() and tracing_map_add_key_field().
724  * tracing_map_init() should then be called to allocate the array of
725  * tracing_map_elts, in order to avoid allocating anything in the map
726  * insertion path.  The user-specified map size reflects the maximum
727  * number of elements that can be contained in the table requested by
728  * the user - internally we double that in order to keep the table
729  * sparse and keep collisions manageable.
730  *
731  * A tracing_map is a special-purpose map designed to aggregate or
732  * 'sum' one or more values associated with a specific object of type
733  * tracing_map_elt, which is attached by the map to a given key.
734  *
735  * tracing_map_create() sets up the map itself, and provides
736  * operations for inserting tracing_map_elts, but doesn't allocate the
737  * tracing_map_elts themselves, or provide a means for describing the
738  * keys or sums associated with the tracing_map_elts.  All
739  * tracing_map_elts for a given map have the same set of sums and
740  * keys, which are defined by the client using the functions
741  * tracing_map_add_key_field() and tracing_map_add_sum_field().  Once
742  * the fields are defined, the pool of elements allocated for the map
743  * can be created, which occurs when the client code calls
744  * tracing_map_init().
745  *
746  * When tracing_map_init() returns, tracing_map_elt elements can be
747  * inserted into the map using tracing_map_insert().  When called,
748  * tracing_map_insert() grabs a free tracing_map_elt from the pool, or
749  * finds an existing match in the map and in either case returns it.
750  * The client can then use tracing_map_update_sum() and
751  * tracing_map_read_sum() to update or read a given sum field for the
752  * tracing_map_elt.
753  *
754  * The client can at any point retrieve and traverse the current set
755  * of inserted tracing_map_elts in a tracing_map, via
756  * tracing_map_sort_entries().  Sorting can be done on any field,
757  * including keys.
758  *
759  * See tracing_map.h for a description of tracing_map_ops.
760  *
761  * Return: the tracing_map pointer if successful, ERR_PTR if not.
762  */
763 struct tracing_map *tracing_map_create(unsigned int map_bits,
764                                        unsigned int key_size,
765                                        const struct tracing_map_ops *ops,
766                                        void *private_data)
767 {
768         struct tracing_map *map;
769         unsigned int i;
770
771         if (map_bits < TRACING_MAP_BITS_MIN ||
772             map_bits > TRACING_MAP_BITS_MAX)
773                 return ERR_PTR(-EINVAL);
774
775         map = kzalloc(sizeof(*map), GFP_KERNEL);
776         if (!map)
777                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
778
779         map->map_bits = map_bits;
780         map->max_elts = (1 << map_bits);
781         atomic_set(&map->next_elt, -1);
782
783         map->map_size = (1 << (map_bits + 1));
784         map->ops = ops;
785
786         map->private_data = private_data;
787
788         map->map = tracing_map_array_alloc(map->map_size,
789                                            sizeof(struct tracing_map_entry));
790         if (!map->map)
791                 goto free;
792
793         map->key_size = key_size;
794         for (i = 0; i < TRACING_MAP_KEYS_MAX; i++)
795                 map->key_idx[i] = -1;
796  out:
797         return map;
798  free:
799         tracing_map_destroy(map);
800         map = ERR_PTR(-ENOMEM);
801
802         goto out;
803 }
804
805 /**
806  * tracing_map_init - Allocate and clear a map's tracing_map_elts
807  * @map: The tracing_map to initialize
808  *
809  * Allocates a clears a pool of tracing_map_elts equal to the
810  * user-specified size of 2 ** map_bits (internally maintained as
811  * 'max_elts' in struct tracing_map).  Before using, the map fields
812  * should be added to the map with tracing_map_add_sum_field() and
813  * tracing_map_add_key_field().  tracing_map_init() should then be
814  * called to allocate the array of tracing_map_elts, in order to avoid
815  * allocating anything in the map insertion path.  The user-specified
816  * map size reflects the max number of elements requested by the user
817  * - internally we double that in order to keep the table sparse and
818  * keep collisions manageable.
819  *
820  * See tracing_map.h for a description of tracing_map_ops.
821  *
822  * Return: the tracing_map pointer if successful, ERR_PTR if not.
823  */
824 int tracing_map_init(struct tracing_map *map)
825 {
826         int err;
827
828         if (map->n_fields < 2)
829                 return -EINVAL; /* need at least 1 key and 1 val */
830
831         err = tracing_map_alloc_elts(map);
832         if (err)
833                 return err;
834
835         tracing_map_clear(map);
836
837         return err;
838 }
839
840 static int cmp_entries_dup(const void *A, const void *B)
841 {
842         const struct tracing_map_sort_entry *a, *b;
843         int ret = 0;
844
845         a = *(const struct tracing_map_sort_entry **)A;
846         b = *(const struct tracing_map_sort_entry **)B;
847
848         if (memcmp(a->key, b->key, a->elt->map->key_size))
849                 ret = 1;
850
851         return ret;
852 }
853
854 static int cmp_entries_sum(const void *A, const void *B)
855 {
856         const struct tracing_map_elt *elt_a, *elt_b;
857         const struct tracing_map_sort_entry *a, *b;
858         struct tracing_map_sort_key *sort_key;
859         struct tracing_map_field *field;
860         tracing_map_cmp_fn_t cmp_fn;
861         void *val_a, *val_b;
862         int ret = 0;
863
864         a = *(const struct tracing_map_sort_entry **)A;
865         b = *(const struct tracing_map_sort_entry **)B;
866
867         elt_a = a->elt;
868         elt_b = b->elt;
869
870         sort_key = &elt_a->map->sort_key;
871
872         field = &elt_a->fields[sort_key->field_idx];
873         cmp_fn = field->cmp_fn;
874
875         val_a = &elt_a->fields[sort_key->field_idx].sum;
876         val_b = &elt_b->fields[sort_key->field_idx].sum;
877
878         ret = cmp_fn(val_a, val_b);
879         if (sort_key->descending)
880                 ret = -ret;
881
882         return ret;
883 }
884
885 static int cmp_entries_key(const void *A, const void *B)
886 {
887         const struct tracing_map_elt *elt_a, *elt_b;
888         const struct tracing_map_sort_entry *a, *b;
889         struct tracing_map_sort_key *sort_key;
890         struct tracing_map_field *field;
891         tracing_map_cmp_fn_t cmp_fn;
892         void *val_a, *val_b;
893         int ret = 0;
894
895         a = *(const struct tracing_map_sort_entry **)A;
896         b = *(const struct tracing_map_sort_entry **)B;
897
898         elt_a = a->elt;
899         elt_b = b->elt;
900
901         sort_key = &elt_a->map->sort_key;
902
903         field = &elt_a->fields[sort_key->field_idx];
904
905         cmp_fn = field->cmp_fn;
906
907         val_a = elt_a->key + field->offset;
908         val_b = elt_b->key + field->offset;
909
910         ret = cmp_fn(val_a, val_b);
911         if (sort_key->descending)
912                 ret = -ret;
913
914         return ret;
915 }
916
917 static void destroy_sort_entry(struct tracing_map_sort_entry *entry)
918 {
919         if (!entry)
920                 return;
921
922         if (entry->elt_copied)
923                 tracing_map_elt_free(entry->elt);
924
925         kfree(entry);
926 }
927
928 /**
929  * tracing_map_destroy_sort_entries - Destroy an array of sort entries
930  * @entries: The entries to destroy
931  * @n_entries: The number of entries in the array
932  *
933  * Destroy the elements returned by a tracing_map_sort_entries() call.
934  */
935 void tracing_map_destroy_sort_entries(struct tracing_map_sort_entry **entries,
936                                       unsigned int n_entries)
937 {
938         unsigned int i;
939
940         for (i = 0; i < n_entries; i++)
941                 destroy_sort_entry(entries[i]);
942
943         vfree(entries);
944 }
945
946 static struct tracing_map_sort_entry *
947 create_sort_entry(void *key, struct tracing_map_elt *elt)
948 {
949         struct tracing_map_sort_entry *sort_entry;
950
951         sort_entry = kzalloc(sizeof(*sort_entry), GFP_KERNEL);
952         if (!sort_entry)
953                 return NULL;
954
955         sort_entry->key = key;
956         sort_entry->elt = elt;
957
958         return sort_entry;
959 }
960
961 static void detect_dups(struct tracing_map_sort_entry **sort_entries,
962                       int n_entries, unsigned int key_size)
963 {
964         unsigned int dups = 0, total_dups = 0;
965         int i;
966         void *key;
967
968         if (n_entries < 2)
969                 return;
970
971         sort(sort_entries, n_entries, sizeof(struct tracing_map_sort_entry *),
972              (int (*)(const void *, const void *))cmp_entries_dup, NULL);
973
974         key = sort_entries[0]->key;
975         for (i = 1; i < n_entries; i++) {
976                 if (!memcmp(sort_entries[i]->key, key, key_size)) {
977                         dups++; total_dups++;
978                         continue;
979                 }
980                 key = sort_entries[i]->key;
981                 dups = 0;
982         }
983
984         WARN_ONCE(total_dups > 0,
985                   "Duplicates detected: %d\n", total_dups);
986 }
987
988 static bool is_key(struct tracing_map *map, unsigned int field_idx)
989 {
990         unsigned int i;
991
992         for (i = 0; i < map->n_keys; i++)
993                 if (map->key_idx[i] == field_idx)
994                         return true;
995         return false;
996 }
997
998 static void sort_secondary(struct tracing_map *map,
999                            const struct tracing_map_sort_entry **entries,
1000                            unsigned int n_entries,
1001                            struct tracing_map_sort_key *primary_key,
1002                            struct tracing_map_sort_key *secondary_key)
1003 {
1004         int (*primary_fn)(const void *, const void *);
1005         int (*secondary_fn)(const void *, const void *);
1006         unsigned i, start = 0, n_sub = 1;
1007
1008         if (is_key(map, primary_key->field_idx))
1009                 primary_fn = cmp_entries_key;
1010         else
1011                 primary_fn = cmp_entries_sum;
1012
1013         if (is_key(map, secondary_key->field_idx))
1014                 secondary_fn = cmp_entries_key;
1015         else
1016                 secondary_fn = cmp_entries_sum;
1017
1018         for (i = 0; i < n_entries - 1; i++) {
1019                 const struct tracing_map_sort_entry **a = &entries[i];
1020                 const struct tracing_map_sort_entry **b = &entries[i + 1];
1021
1022                 if (primary_fn(a, b) == 0) {
1023                         n_sub++;
1024                         if (i < n_entries - 2)
1025                                 continue;
1026                 }
1027
1028                 if (n_sub < 2) {
1029                         start = i + 1;
1030                         n_sub = 1;
1031                         continue;
1032                 }
1033
1034                 set_sort_key(map, secondary_key);
1035                 sort(&entries[start], n_sub,
1036                      sizeof(struct tracing_map_sort_entry *),
1037                      (int (*)(const void *, const void *))secondary_fn, NULL);
1038                 set_sort_key(map, primary_key);
1039
1040                 start = i + 1;
1041                 n_sub = 1;
1042         }
1043 }
1044
1045 /**
1046  * tracing_map_sort_entries - Sort the current set of tracing_map_elts in a map
1047  * @map: The tracing_map
1048  * @sort_key: The sort key to use for sorting
1049  * @sort_entries: outval: pointer to allocated and sorted array of entries
1050  *
1051  * tracing_map_sort_entries() sorts the current set of entries in the
1052  * map and returns the list of tracing_map_sort_entries containing
1053  * them to the client in the sort_entries param.  The client can
1054  * access the struct tracing_map_elt element of interest directly as
1055  * the 'elt' field of a returned struct tracing_map_sort_entry object.
1056  *
1057  * The sort_key has only two fields: idx and descending.  'idx' refers
1058  * to the index of the field added via tracing_map_add_sum_field() or
1059  * tracing_map_add_key_field() when the tracing_map was initialized.
1060  * 'descending' is a flag that if set reverses the sort order, which
1061  * by default is ascending.
1062  *
1063  * The client should not hold on to the returned array but should use
1064  * it and call tracing_map_destroy_sort_entries() when done.
1065  *
1066  * Return: the number of sort_entries in the struct tracing_map_sort_entry
1067  * array, negative on error
1068  */
1069 int tracing_map_sort_entries(struct tracing_map *map,
1070                              struct tracing_map_sort_key *sort_keys,
1071                              unsigned int n_sort_keys,
1072                              struct tracing_map_sort_entry ***sort_entries)
1073 {
1074         int (*cmp_entries_fn)(const void *, const void *);
1075         struct tracing_map_sort_entry *sort_entry, **entries;
1076         int i, n_entries, ret;
1077
1078         entries = vmalloc(array_size(sizeof(sort_entry), map->max_elts));
1079         if (!entries)
1080                 return -ENOMEM;
1081
1082         for (i = 0, n_entries = 0; i < map->map_size; i++) {
1083                 struct tracing_map_entry *entry;
1084
1085                 entry = TRACING_MAP_ENTRY(map->map, i);
1086
1087                 if (!entry->key || !entry->val)
1088                         continue;
1089
1090                 entries[n_entries] = create_sort_entry(entry->val->key,
1091                                                        entry->val);
1092                 if (!entries[n_entries++]) {
1093                         ret = -ENOMEM;
1094                         goto free;
1095                 }
1096         }
1097
1098         if (n_entries == 0) {
1099                 ret = 0;
1100                 goto free;
1101         }
1102
1103         if (n_entries == 1) {
1104                 *sort_entries = entries;
1105                 return 1;
1106         }
1107
1108         detect_dups(entries, n_entries, map->key_size);
1109
1110         if (is_key(map, sort_keys[0].field_idx))
1111                 cmp_entries_fn = cmp_entries_key;
1112         else
1113                 cmp_entries_fn = cmp_entries_sum;
1114
1115         set_sort_key(map, &sort_keys[0]);
1116
1117         sort(entries, n_entries, sizeof(struct tracing_map_sort_entry *),
1118              (int (*)(const void *, const void *))cmp_entries_fn, NULL);
1119
1120         if (n_sort_keys > 1)
1121                 sort_secondary(map,
1122                                (const struct tracing_map_sort_entry **)entries,
1123                                n_entries,
1124                                &sort_keys[0],
1125                                &sort_keys[1]);
1126
1127         *sort_entries = entries;
1128
1129         return n_entries;
1130  free:
1131         tracing_map_destroy_sort_entries(entries, n_entries);
1132
1133         return ret;
1134 }